沸石分子筛催化剂及其作用原理

沸石蜂窝分子筛催化剂及其作用原理

1.分子筛的概念

分子筛是具有均匀孔结构的结晶硅铝酸盐。分子筛含有大量的结晶水，加热后可以蒸发和除去，因此它也被称为沸石。通常在自然界中已知的所谓沸石称为分子筛。它们的化学成分可表示为

沸石分子筛催化剂及其作用原理

Mx / n [（AlO2）x≤（SiO2）y]→ZH2O

其中M是金属阳离子，n是其化合价，x是AlO2分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数。由于AlO2带负电荷，金属阳离子的存在使分子筛保持电中性。 。当金属离子的化合价为n = 1时，M的原子数等于Al的原子数;如果n = 2，则M的原子数是Al的原子数的一半。

常用的分子筛有：苏打型沸石，如A型分子筛;八面体沸石，如X型，Y型分子筛;丝光沸石（-M型）;高硅型沸石，如ZSM-5等。分子筛在各种不同的酸性催化剂中提供高活性和不寻常的选择性，并且大多数反应是由分子筛的酸性引起的，并且也是固体酸。在过去的20年中，它已被广泛用于工业中，特别是在炼油工业和石化工业中作为工业催化剂。

2.分子筛的结构特征

沸石分子筛催化剂及其作用原理

（1）四个方面，三个层面：

分子筛的结构特征可分为四个方面和三个不同的结构水平。结构水平是最基本的结构单元，硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们形成分子筛的骨架。相邻的四面体通过氧桥连接成环。环是分子筛结构的二层。它分为环中的氧原子数。有四元氧环，五元氧环，六元氧环，八元氧环，十元氧环和十二元氧环。等待。环是分子筛的通道孔，并且充当分子通过的筛子。氧环通过氧桥彼此连接以形成具有三维空间的多面体。各种多面体是分子筛结构的三级。多面体具有空心笼，这是分子筛结构的重要特征。笼子分为阿尔法笼子，八面沸石笼子，贝塔笼子和伽玛笼子。

（2）分子筛笼：

Alpha笼：它是A型分子筛骨架结构的主要孔隙。它是由六个四元环，八个六元环和六个八元环组成的六面体。保持架的平均孔径为1.14nm，腔体积为760 [＆Aring;] 3。 α笼的大窗口是八元环，孔径为0.41nm。巴林石笼：是构成X型和Y型分子筛骨架的主要孔，由18个四元环，4个六元环和4个十二元环组成。孔径为1.25nm，腔体积为850 [＆Aring;] 3.大孔径窗口是十二元素环，孔直径为0.74nm。八面花笼也被称为超级笼。

笼笼：主要用于形成A型，X型和Y型分子筛的骨架结构。它是最重要的一种洞。它的形状就像一个带有顶部的正八面体。腔体积为160 [＆Aring;] 3窗口孔径约为0.66nm，只允许小分子如NH3和H2O进入。

还有六角柱保持架和伽玛笼，它们的尺寸很小，通常不会进入笼子。

不同结构的笼通过氧桥相互连接形成各种结构的分子筛，主要是A型，X型和Y型。

（3）几种具有代表性的分子筛

A型分子筛

类似于NaCl的立方晶体结构。如果NaCl晶格中的Na +和Cl-全部被β笼取代，并且相邻的β笼被γ笼连接，则获得A型分子筛的晶体结构。八个β笼关节形成方钠石结构。如果γ笼用于桥接，则获得A型分子筛结构。该中心有一个大型的alpha笼。 α笼之间的通道有一个八元环窗，直径为4＆Aring;所以它被称为4A分子筛。如果4A分子筛上的70％Na +是Ca2 +交换，则八元环可以增加到5＆Aring;相应的沸石称为5A分子筛。另一方面，如果70％的Na +是K +交换，则八元环直径减小到3＆Aring;相应的沸石称为3A分子筛。

X型和Y型分子筛

类似钻石的密排六角形结构。如果β笼用作结构单元来代替金刚石的碳原子节点，并且相邻的两个β笼通过六角柱笼连接，则五个β笼通过四个六角柱笼连接在一起，其中一个是一个β笼。其中，剩余的四个β笼位于正四面体的顶点，形成八面体沸石型晶体结构。利用这种结构，继续该结构，并获得X型和Y型分子筛结构。在这种结构中，由β笼和六角柱笼形成的大笼子是八面沸石分子筛笼，它们的连通孔是十二元环，平均有效孔径为0.74nm，是X型和Y-型。分子筛的孔径。两种模型的区别主要是由于Si / Al比的差异，X型为1~1.5; Y型为1.5~3.0。