沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產(chǎn)生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產(chǎn)生的一種“表面力”,當(dāng)流體流過時,流體中的一些分子由于做不規(guī)則運動而碰撞到
吸附劑表面,在表面產(chǎn)生分子濃聚,使流體中的這種分子數(shù)目減少,達(dá)到分離、清除的目的。
由于吸附不發(fā)生化學(xué)變化,只要設(shè)法將濃聚在表面的分子趕跑,沸石分子篩就又具有吸附能力,這一過程是吸附的逆過程,叫解析或再生。
由于沸石分子篩孔徑均勻,只有當(dāng)
分子動力學(xué)直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內(nèi)部而被吸附,所以沸石分子篩對于氣體和液體分子就猶如篩子一樣,根據(jù)分子的大小來決定是否被吸附。
由于沸石分子篩晶穴內(nèi)還有著較強的
極性,能與含極性基團的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強的作用,或是通過誘導(dǎo)使可極化的分子極化從而產(chǎn)生強吸附。
這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現(xiàn)出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。
離子交換性能
通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補償離子一般是質(zhì)子和
堿金屬或
堿土金屬,它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價態(tài)的金屬離子型沸石分子篩。
離子在一定的條件下,如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。在水溶液中,由于沸石分子篩對離子選擇性的不同,則可表現(xiàn)出不同的離子交換性質(zhì)。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應(yīng)是自由擴散過程。擴散速度制約著交換反應(yīng)速度。
通過離子交換可以改變沸石分子篩孔徑的大小,從而改變其性能,達(dá)到擇形吸附分離混合物的目的。
沸石分子篩經(jīng)離子交換后,陽離子的數(shù)目、大小和位置發(fā)生改變,如高價陽離子交換低價陽離子后使沸石分子篩中的陽離子數(shù)目減少,往往造成位置空缺使其孔徑變大;而半徑較大的離子交換半徑較小的離子后,則易使其孔穴受到一定的阻塞,使有效孔徑有所減小。
催化性能
沸石分子篩具有獨特的規(guī)整晶體結(jié)構(gòu),其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結(jié)構(gòu),并具有較大比表面積。
大部分沸石分子篩表面具有較強的酸中心,同時晶孔內(nèi)有強大的
庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能優(yōu)異的催化劑。
(1)脫水。利用低硅鋁比的沸石分子篩(如 A型,X型等)的極性親水性,可以進行空氣的干燥。另外近年來將乙醇摻入汽油中替代部分汽油受到廣泛重視,作為燃料的乙醇要求其中的水含量低于 0.8%,而由于乙醇和水的共沸,使得通過精餾只能得到 95%的乙醇,對于含水量較低的乙醇脫水,沸石分子篩吸附脫水是最優(yōu)的選擇。
此方法中應(yīng)用的沸石分子篩是A 或X型,而KA 型最好,這一方面利用了 A型沸石分子篩的極性,另一方面由于KA沸石分子篩的孔道直徑約 0.3nm,水分子可自由進入,而乙醇分子直徑大于 0.3nm 不能進入沸石分子篩的孔道。此種沸石分子篩脫水工藝是工業(yè)上生產(chǎn)燃料乙醇的首選工藝。