沸石分子篩的催化機(jī)理--蜂窩沸石分子篩廠家
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結(jié)構(gòu)
沸石分子篩是一族結(jié)晶性硅鋁酸鹽的總稱(chēng)。沸石基本的結(jié)構(gòu)是由(SiO4)四面體和(AlO4)四面體。相鄰的四面體由氧橋連結(jié)成環(huán)，環(huán)有大有小，按成環(huán)的氧原子數(shù)劃分，有四元氧環(huán)，五元氧環(huán)，六元氧環(huán)，八元氧環(huán)，十元氧環(huán)和十二元氧環(huán)；環(huán)是分子篩的通道孔口，對(duì)通過(guò)的分子篩起篩分作用。氧環(huán)通過(guò)氧橋相互連結(jié)，形成具有三維空間的多面體。多面體有中空的籠，籠是分子篩結(jié)構(gòu)的重要特征。空洞中含有結(jié)晶水和陽(yáng)離子，這些陽(yáng)離子用來(lái)中和(AlO4)四面體的負(fù)電荷，利用加熱或減壓的辦法，可以比較容易地脫除一部分或全部結(jié)晶水。
催化機(jī)理
沸石分子篩在各種不同的酸性催化反應(yīng)中，能夠提供很高的活性和不尋常的選擇性，且絕大多數(shù)反應(yīng)是由分子篩的酸性引起的，酸度及其酸強(qiáng)度分布是分子篩的重要參數(shù)。研究表明，分子篩中B 酸來(lái)源于骨架四面體鋁，而L 酸主要來(lái)源于非骨架六面體鋁，所以分子篩中Al 的含量及其分布與分子篩的表面酸性物質(zhì)密切相關(guān)，故可采用分子篩的脫鋁和補(bǔ)鋁等二次水熱處理，得到理想的硅鋁比的分子篩。此外，分子篩的酸性還受取代金屬離子影響，由于多價(jià)金屬離子的水解作用，導(dǎo)致催化劑表面酸中心重新分布。
1. 篩分效應(yīng)
包括反應(yīng)物擇形和產(chǎn)物擇形。反應(yīng)物的擇形催化在煉油工業(yè)中已獲得多方面的應(yīng)用，油品的分子篩脫蠟，重油加氫裂化等都是。產(chǎn)物擇形在改變產(chǎn)品分布、提高目的產(chǎn)物效率上有顯著效果，但也存在有害的一面，這些未擴(kuò)散出來(lái)的大分子，或者異構(gòu)成線(xiàn)度較小的異構(gòu)體擴(kuò)散出來(lái)，或者裂解成較小的分子，乃至不
斷裂解、脫氫，以炭的形式沉積于孔內(nèi)和孔口，導(dǎo)致催化劑的失活。
2. 庫(kù)倫場(chǎng)效應(yīng)
晶體內(nèi)表面的離子特性和沸石與吸附物分子之間的靜電場(chǎng)作用強(qiáng)度取決于沸石的硅鋁比以及交換的陽(yáng)離子。納交換型低硅鋁比沸石具有一個(gè)強(qiáng)靜電場(chǎng)，而高硅鋁比的氫型沸石則沒(méi)有。
3. 構(gòu)型擴(kuò)散
發(fā)生在催化劑的結(jié)構(gòu)尺寸接近分子大小的情況下。在這種擴(kuò)散方式下，分子大小的一個(gè)微小變化都引起其擴(kuò)散系數(shù)顯著改變。
4. 空間適應(yīng)性或過(guò)濾態(tài)選擇性
有些反應(yīng)，只是由于需要內(nèi)徑或籠腔有較大的空間，才能形成相應(yīng)的過(guò)渡狀態(tài)，不然就受到限制，使該反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行。ZSM-5催化劑用于這種過(guò)渡態(tài)選擇性的催化反應(yīng)。
5. 穿行控制
一些沸石(HZSM-5 分子篩)具有不同孔道尺寸的交叉孔道。由于小孔道只能通過(guò)小分子，而大孔道可通過(guò)大的和小的分子。