塊狀沸石分子篩

塊狀沸石分子篩沸石分子篩是一類(lèi)具有規(guī)則微孔結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，其不僅具有一般無(wú)機(jī)膜材料的固有的物理化學(xué)特性，更為優(yōu)異的是，其均一的規(guī)則的、具有特定的空間走向的結(jié)晶孔道系統(tǒng)以及可調(diào)變的骨架Si/Al比等特性賦予沸石分子篩膜擁有篩分、擇形功能特性和可調(diào)變的膜的表面特性，使其成為實(shí)現(xiàn)分子水平上高效分離及膜催化反應(yīng)一體化的優(yōu)良多孔膜材料。

沸石分子篩膜中的傳質(zhì)機(jī)理主要是表面擴(kuò)散和活性化擴(kuò)散。表面擴(kuò)散包括吸附和擴(kuò)散過(guò)程，即首先分子從分離體相進(jìn)入沸石分子孔表面，吸附在表面上和孔中，吸附在表面和孔中的分子在化學(xué)勢(shì)的梯度下，從一個(gè)吸附點(diǎn)躍遷至空位或另一個(gè)吸附點(diǎn)，在膜的透過(guò)側(cè)脫附擴(kuò)散進(jìn)入滲透相。活性化擴(kuò)散是分子與膜材料表面的吸附作用弱，體相分子進(jìn)入孔后，直接在孔中擴(kuò)散的過(guò)程。因此，沸石分子篩膜分離選擇性由于分子吸附和擴(kuò)散的差異而導(dǎo)致不同，沸石膜材料的表面特性、孔道結(jié)構(gòu)與分子的特性如大小與極性是 決 定 了 膜 的 分 離 性 能。另 一 方面，支撐沸石膜的有效分離層由一多晶沸石層構(gòu)成的，由于是多晶層，因此多晶層的厚度、連續(xù)性、多晶間隙、取向等微觀結(jié)構(gòu)是決定沸石膜的分離效果的根本因素。與其它膜材料同樣，高性能沸石膜開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵任務(wù)在于依據(jù)分離體系的分子特性進(jìn)行膜材料的設(shè)計(jì)和膜的微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控。

塊狀沸石分子篩分子篩吸附是一種物理現(xiàn)象。分子篩孔隙率非常高，內(nèi)表面積很大，內(nèi)空穴占體積的50%左右。分子篩吸附劑吸附性能的決定因素是其本身的結(jié)構(gòu)，此外不同硅鋁比、不同平衡陽(yáng)離子、不同孔和孔道結(jié)構(gòu)以及分子篩的成型、活化等都會(huì)影響分子篩吸附劑的吸附性能。其吸附作用主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)：按分子的幾何尺寸、形狀選擇吸附和按分子的極性、不飽和度及極化率選擇吸附。

分子篩種類(lèi)豐富，分子篩因其有非常高的表面積和吸附容量、吸附性質(zhì)可從親水性到疏水性、酸性或其它活性中心能被控制、強(qiáng)度和濃度能被調(diào)整、孔道規(guī)則且孔徑大小正好在多數(shù)分子的尺寸范圍內(nèi)、陽(yáng)離子的可交換性、等特點(diǎn),給吸附分離技術(shù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)許多可供選擇的空間。吸附過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜過(guò)程，吸附材料性能具有決定性的作用。分子篩吸附機(jī)理較復(fù)雜分子篩的孔結(jié)構(gòu)和孔環(huán)境對(duì)吸附性能均具有顯著的影響，許多吸附過(guò)程都是二者作用疊加的結(jié)果，因此一方面對(duì)于加強(qiáng)研究分子篩吸附機(jī)理，為工業(yè)應(yīng)用和選擇提供理論支持有很大幫助。另一方面加強(qiáng)分子篩結(jié)構(gòu)和組成的定制研究工作開(kāi)發(fā)成本低廉和工藝簡(jiǎn)單的新型分子篩材料合成技術(shù)仍然是重要的研究方向。