分子篩的結(jié)構(gòu)與常見種類
分子篩的定義
中文名稱：分子篩 英文名稱：molecular sieve
定義：具網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天然或人工合成的化學(xué)物質(zhì)。如交聯(lián)葡聚糖、沸石等，當(dāng)作為層析介質(zhì)時(shí)，可按分子大小對(duì)混合物進(jìn)行分級(jí)分離。
所屬學(xué)科： 生物化學(xué)與分子生物學(xué)(一級(jí)學(xué)科) ；方法與技術(shù)(二級(jí)學(xué)科)
分子篩概念
分子篩
狹義上講，分子篩是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子篩分子尺寸大小（通常為0.3~2.0 nm）的孔道和空腔體系，從而具有篩分分子的特性。然而隨著分子篩合成與應(yīng)用研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)了磷鋁酸鹽類分子篩，并且分子篩的骨架元素（硅或鋁或磷）也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、Co、Zn、Be和Cu等取代，其孔道和空腔的大小也可達(dá)到2 nm以上，因此分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁類分子篩、磷鋁類分子篩和骨架雜原子分子篩；按孔道大小劃分，孔道尺寸小于2 nm、2~50 nm和大于50 nm的分子篩分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。由于具有較大的孔徑，成為較大尺寸分子反應(yīng)的良好載體，但介孔材料的孔壁為非晶態(tài)，致使其水熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性尚不能滿足石油化工應(yīng)用所需的苛刻條件。
由于含有電價(jià)較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水，水分子在加熱后連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成了許多大小相同的空腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔穴直徑大小均勻，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來，而把比孔道大的分子排斥在外,因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點(diǎn)不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。目前分子篩在冶金，化工，電子，石油化工，天然氣等工業(yè)中廣泛使用。
常用分子篩
氣體行業(yè)常用的分子篩型號(hào);
A型:鉀A(3A),鈉A(4A),鈣A(5A),
X型:鈣X(10X),鈉X(13X)
Y型:,鈉Y,鈣Y
分子篩特點(diǎn)
分子篩吸濕能力極強(qiáng),用于氣體的純化處理,保存時(shí)應(yīng)避免直接暴露在空氣中。存放時(shí)間較長(zhǎng)并已經(jīng)吸濕分子篩的分子篩使用前應(yīng)進(jìn)行再生。分子篩忌油和液態(tài)水。使用時(shí)應(yīng)盡量避免與油及液態(tài)水接觸。工業(yè)生產(chǎn)中干燥處理的氣體有,空氣,氫氣,氧氣,氮?dú)?氬氣等.用兩只吸附干燥器并聯(lián)，一只工作，同時(shí)另一只可以進(jìn)行再生處理。相互交替工作和再生，以保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行。干燥器在8-12℃下工作，在加溫至350℃下沖氣再生。不同規(guī)格的分子篩再生溫度略有不同。分子篩對(duì)某些有機(jī)氣相反應(yīng)具有良好的催化作用。
又稱泡沸石或沸石,是一種結(jié)晶型的鋁硅酸鹽,其晶體結(jié)構(gòu)中有規(guī)整而均勻的孔道，孔徑為分子大小的數(shù)分子篩量級(jí),它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入,因此能將混合物中的分子按大小加以篩分。故稱分子篩。早在200多年前,B.克龍施泰特第一個(gè)把鋁硅酸鹽命名為泡沸石，化學(xué)組成通式為 式中M與n是金屬離子及其價(jià)數(shù)；x是二氧化硅的分子數(shù);y是水的分子數(shù)；p是鋁的原子數(shù)；q是硅的原子數(shù)。分子篩在化學(xué)工業(yè)中作為固體吸附劑，被其吸附的物質(zhì)可以解吸，分子篩用后可以再生。還用于氣體和液體的干燥、純化、分離和回收。20世紀(jì)60年代開始，在石油煉制工業(yè)中用作裂化催化劑，現(xiàn)在已開發(fā)多種適用于不同催化過程的分子篩催化劑。
分子篩種類
分子篩
分子篩有天然沸石和合成沸石兩種。①天然沸石大部分由火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖在海相或湖相環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)而形成。目前已發(fā)現(xiàn)有1000多種沸石礦，較為重要的有35種，常見的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等國(guó)，中國(guó)也發(fā)現(xiàn)有大量絲光沸石和斜發(fā)沸石礦床，日本是天然沸石開采量最分子篩大的國(guó)家。②因天然沸石受資源限制，從20世紀(jì)50年代開始，大量采用合成沸石（見表）。
商品分子篩常用前綴數(shù)碼將晶體結(jié)構(gòu)不同的分子篩加以分類,如3A型、4A型、5A型分子篩。4A型即表中A類，孔徑4Å。含Na+的A型分子篩記作Na-A,若其中Na+被K+置換,孔徑約為3Å，即為3A型分子篩；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5Å，即為5A型分子篩。
分子篩性能
分子篩為粉末狀晶體，有金屬光澤，硬度為3～5，相對(duì)密度為2～2.8，天然沸石有顏色，合成沸石為白色,不溶于水,熱穩(wěn)定性和耐酸性隨著SiO2/Al2O3組成比的增加而提高。分子篩有很大的比表面積,達(dá)300～1000m2/g，內(nèi)晶表面高度極化，為一類高效吸附劑，也是一類固體酸，表面有很高的酸濃度與酸強(qiáng)度，能引起正碳離子型的催化反應(yīng)。當(dāng)組成中的金屬離子與溶液中其他離子進(jìn)行交換時(shí)，可調(diào)整孔徑，改變其吸附性質(zhì)與催化性質(zhì)，從而制得不同性能的分子篩催化劑。
分子篩生產(chǎn)方法
分子篩
有水熱合成、水熱轉(zhuǎn)化和離子交換等法：
① 水熱合成法 用于制取純度較高的產(chǎn)品，以及合成自然界中不存在的分子篩。將含硅化合物（水分子篩玻璃、硅溶膠等）、含鋁化合物（水合氧化鋁、鋁鹽等）、堿（氫氧化鈉、氫氧化鉀等）和水按適當(dāng)比例混合，在熱壓釜中加熱一定時(shí)間，即析出分子篩晶體。合成過程可用下式表示：
工業(yè)生產(chǎn)流程中一般先合成Na-分子篩，如13X型與10X型分子篩的合成（見圖）。在水熱合成過程中添加某些添加劑可以改變最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),如加入季胺鹽可得到ZSM-5型分子篩。
�、凇∷疅徂D(zhuǎn)化法 在過量堿存在時(shí)，使固態(tài)鋁硅酸鹽水熱轉(zhuǎn)化成分子篩。所用原料有高嶺土、膨潤(rùn)土、硅藻土等，也可用合成的硅鋁凝膠顆粒。此法成本低，但產(chǎn)品純度不及水熱合成法。
③ 離子交換法 通常在水溶液中將Na－分子篩轉(zhuǎn)變?yōu)楹兴桕栯x子的分子篩，通式如下：
式中 Z-表示陰離子骨架，Me+表示需交換的陽離子，例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等,原料通常為中空玻璃分子篩氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽。溶液中不同性質(zhì)的陽離子交換到分子篩上的難易程度不同，稱為分子篩對(duì)陽離子的選擇順序，例如：13X型分子篩的選擇順序?yàn)锳g+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列參數(shù)表示交換結(jié)果：交換度，即交換下來的Na+量占分子篩中原有Na+量的百分?jǐn)?shù)；交換容量,為每100克分子篩中交換的陽離子毫克當(dāng)量數(shù)；交換效率，表示溶液中陽離子交換到分子篩上的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。為了制取合適的分子篩催化劑，有時(shí)尚需將交換所得產(chǎn)物與其他組分調(diào)配，這些組分可能是其他催化活性組分、助催化劑、稀釋劑或粘合劑等，調(diào)配好的物料經(jīng)成型即可進(jìn)行催化劑的活化。
分子篩結(jié)構(gòu)
由此構(gòu)成的蛋白多糖聚合體曲折盤繞，形成多微孔的篩狀結(jié)構(gòu)，稱為分子篩。分子篩只允許小于其微分子篩孔的物質(zhì)通過，對(duì)大于其微孔的大分子物質(zhì)、細(xì)菌等則具有屏障作用。使基質(zhì)成為限制細(xì)菌等有害物質(zhì)擴(kuò)散的防御屏障。溶血性鏈球菌和癌細(xì)胞等能產(chǎn)生透明質(zhì)酸酶，分解蛋白多糖，破壞基質(zhì)結(jié)構(gòu)，得以擴(kuò)散。蛋白多糖聚合體上還結(jié)合著許多親水基團(tuán)，能結(jié)合大量水分子，形成細(xì)胞外“儲(chǔ)水庫”。
分子篩簡(jiǎn)介
分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有均勻的微孔結(jié)構(gòu)，它的孔穴直徑大小均勻，這些孔穴能把比其直徑小的分子吸附到孔腔的內(nèi)部，并對(duì)極性分子和飽和分子具有優(yōu)先吸附能力，因而能把極性程度不同，飽和程度不同，分子大小不同及沸點(diǎn)不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱分子篩。由于分子篩具有吸附能力高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)等其它吸附劑所沒有的優(yōu)點(diǎn)，使得分子篩獲得廣泛的應(yīng)用。
