分子筛和多孔材料学VIP免费

分子筛和多孔材料多孔材料发展史低硅沸石高硅沸石天然沸石人工合成沸石十二元环微孔超大微孔超大微孔介孔无机多孔骨架金属有机多孔骨架沸石分子筛磷酸铝分子筛与微孔磷酸盐分子筛简介一分子筛的定义二分子筛的分类三分子筛的特点一分子筛的定义•狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。分子筛•广义上讲，结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大小的数量级,它只允许直径比孔径小的分子进入，因此能将混合物中的分子按大小加以筛分。二分子筛的分类•分子筛按来源分为有天然沸石和合成沸石两种。天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰质沉积岩在海相或湖相环境中发生反应而形成。目前已发现有1000多种沸石矿，较为重要的有35种，常见的有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等国，中国也发现有大量丝光沸石和斜发沸石矿床。•分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛；•按孔道大小划分，小于2nm微孔分子筛2～50nm介孔分子筛大于50nm大孔分子筛•按硅铝比分为A型、X型、Y型等分子筛。通式为：MO.Al2O3.xSiO2.yH2O，其中M代表K、Na、Ca等习惯上：1.SiO2/Al2O3摩尔比：2.2～3.0叫X型分子筛。2.SiO2/Al2O3摩尔比：>3.0叫Y型分子筛。3.A型分子筛的硅铝比接近1：1。商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类,如3A型、4A型、5A型分子筛。4A型即孔径4A。含Na+的A型分子筛记作Na-A,若其中Na+被K+置换,孔径约为3A，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径约为5A，即为5A型分子筛。三分子筛的特点3.1结构特点•硅氧四面体与铝氧四面体构成骨架•相邻四面体氧桥连成环（有4,5,6,8,10,12元环等）•氧环通过氧桥相互连接，形成具有三维空间的多面体（α，β，六方柱笼等）•不同结构的笼再通过氧桥相互接成各种不同结构的分子筛3.1.1硅氧四面体和铝氧四面体沸石分子筛的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，它们通过氧桥相互联结。3.1.2多元环由四个四面体形成的环叫四元环，五个四面体形成的环叫五元环，依此类推还有六元环、八元环和十二元环等3.1.3笼各种环通过氧桥相互连接成三维空间的多面体叫晶穴或孔穴，也有称为空腔。通常以笼(cage)来称呼。由笼再进一步排列即成各种沸石的骨架结构。笼有多种多样，如立方体()笼、六方柱笼、笼、笼、八面沸石笼等。3.2分子筛的性能特点分子筛为粉末状晶体，有金属光泽，硬度为3～5，相对密度为2～2.8，天然沸石有颜色，合成沸石为白色，不溶于水，热稳定性和耐酸性随着SiO2/Al2O3组成比的增加而提高。分子筛有很大的比表面积，达300-1000m2/g，内晶表面高度极化，为一类高效吸附剂，也是一类固体酸，表面有很高的酸浓度与酸强度，能引起正碳离子型的催化反应。当组成中的金属离子与溶液中其他离子进行交换时，可调整孔径，改变其吸附性质与催化性质，从而制得不同性能的分子筛催化剂。多孔材料•多孔材料的结构分析与性能表征•多孔材料的应用领域和发展前景多孔材料的共同特征：规则而均匀的孔道结构，包括孔道与窗口的尺寸大小与形状，孔道的维数，孔道的走向，孔壁的组成与性质。分析方法衍射——电磁辐射的波动性，当辐射经过一边缘或通过一小孔时会发生干涉现象。光谱——根据原子或分子（或者原子和分子的离子）对电磁波的吸收、发射或散射研究原子、分子的物理过程。显微技术——利用光学装置来得到某一物体的放大图像。如扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和扫描隧道电镜(STM)等。吸附,脱附,热分析技术——探针分子的吸附和扩散、程序脱附，热分析、催化反应测试等能够间接地得到表面结构信息。一多孔材料的结构分析与性能表征X射线衍射法分为单晶法和多晶法，多晶法又称粉末X射线衍射分析法。XRD的作用•1、确定晶体结构•2、骨架硅铝比•3、纯度、结晶度的分析•4、测量晶体粒度等等X射线衍射方法吸附分析吸附：物质在两相界面上浓集的现象吸附剂：具有吸附能力的固体物质（如分子筛）吸附质:被吸附剂所吸附的物质（如氮气）通常采用氮气、氩气或氧气为吸附质进行多孔物的比表面、孔体...