高交换度BaX型分子筛结构特点及其吸附分离机理—Ⅰ

高交换度的BaX型分子筛用于吸附分离混合二甲苯。应用多晶X射线衍射方法研究了它的结构特点。晶胞参数a_0=25.000(5)(?)。分子筛中Ba~(2+)离子全部位于S(Ⅱ)位置上,在超笼内Ba~(2+)离子形成正四面体强静电场。具有高对称性的对位二甲苯在四面体电场里被牢固吸附,而具有较低对称性的邻、间位异构体在四面体电场内被吸附,但稳定性差。当脱附剂进入超笼,稳定性差的邻、间位二甲苯首先被脱附,然后在脱附剂浓度梯度的作用下对位二甲苯被脱附,实现了二甲苯邻、间、对异构体的分离。     

BaX分子筛的阳离子分布及其吸附分离对二甲苯的机理

 BaX分子筛是用于从C8芳烃中分离高纯度对二甲苯的吸附剂. 应用多晶XRD技术,通过电子密度函数法和Rietveld法,对吸附速率和分离度不同的两个BaX分子筛样品进行了结构的测定,并通过结构分析探讨了BaX分子筛的吸附机理. 结果表明,不同工艺制备的BaX分子筛中Ba2+离子的定位略有不同. BaX分子筛中Ba2+离子主要分布在SⅠ′ 和SⅡ位置上,定位于SⅠ′ 位的Ba2+离子稳定了分子筛的骨架; 而定位于超笼的SⅡ位置的Ba2+离子,当其接近占满并且每个Ba2+极化两个配位水时,可在超笼中产生一个对称性为D2群的吸附力场,这是BaX分子筛吸附分离对二甲苯的必要条件. 若Ba2+离子在SⅡ位置的占有率下降或在超笼中存在着SⅡ位置以外的低占有率的阳离子,则破坏了上述吸附力场的对称性,削弱了分子筛的选择吸附能力.     

分子筛材料在小分子吸附分离中的应用

吸附分离技术与工艺在工业上具有重要意义. 常见的吸附剂包括沸石分子筛、 金属有机框架材料、 活性炭等材料. 分子筛具有比表面积大、 稳定性高、 生产成本低等优势, 可以满足吸附分离技术中高效、 节能和环保的需求, 是一种非常有应用前景的小分子混合物分离吸附剂. 本文综合评述了吸附分离领域中常用的吸附剂材料的特点和吸附分离机理与评价方法, 总结了分子筛在空气分离、 烃类分离、 二氧化碳吸附、 芳香硫化物脱除、 一氧化碳吸附、 氮氧化物吸附、 氢气储存吸附及氢同位素分离等领域的应用, 并对基于分子筛膜的小分子混合物分离现状进行了介绍. 此外, 本文还系统分析了分子筛对不同混合物的吸附分离性能与其拓扑结构、 骨架组成及改性方法之间的关系, 并对未来的研究前景进行了展望.     

金属离子交换分子筛的NO吸附性能

在固定床流动吸附装置上利用吸附一脱附法测定了各种金属离子交换分子筛上NO吸附性能．结果表明，在ZSM－5上NO的可逆吸附量（qrev）与不可逆吸附量（qiir）随交换金属离子的不同而不同．单位交换金属离子的NO可逆吸附量（qrev）与不可逆吸附量（qiir）随分子筛铝含量的减少而增加．qrev与qiir在ZSM－5分子筛上不随交换度变化，而在丝光沸石上却随交换度的变化而改变．     

银离子交换分子筛的一氧化氮吸附性能

银离子交换分子筛上一氧化氮的吸附性能张文祥贾明君于剑锋吴通好（吉林大学化学系，长春１３００２３）八寻秀典岩本正和（北海道大学触媒研究中心，日本札幌０６０）关键词银，离子交换，分子筛，一氧化氮，吸附态分类号Ｏ６４７／Ｘ５氮氧化合物（ＮＯｘ）是酸雨和空...     

几种二价阳离子的交换对13X分子筛氮氩分离性能的影响

采用水溶液离子交换法分别制备了不同二价阳离子(Mg²⁺、Zn²⁺和Ca²⁺)交换的13X型分子筛，并在25 ℃下测定了各分子筛吸附剂的氮和氩的吸附等温线。研究发现，13X分子筛经Mg²⁺和Zn²⁺交换后，吸附剂的吸氮能力及氮氩分离能力降低；13X分子筛经Ca²⁺交换后，吸附剂的吸氮能力及氮氩分离能力随分子筛中钙离子交换度的增加而增大。对常压氮氩分离性能较好的CaNaX系列分子     

N2和Ar在改性的NaA分子筛上的吸附分离

采用水溶液离子交换法分别制备了不同Li^ 和Ca^2^ 交换度的A型分子筛,并在25℃下测定了各分子筛吸附剂的氮和氩的吸附等温线及穿透曲线．研究发现,锂交换和钙交换的两种分子筛的氮吸附量和氮氩分离选择性都随分子筛中阳离子交换度的增加而增大;在阳离子交换度较高时,锂离子和钙离子交换的A型分子筛的氮氩分离能力均优于NaA分子筛．穿透曲线的结果显示,所研究的各种吸附剂都存在一个最优的吸附分离压力,大约在0．6MPa．在0．6MPaT,接近100％阳离子交换度的CaNaA分子筛的动态氮氩分离性能优于相同交换度的LiNaA分子筛。     

不同分子筛的氮氩分离性能

采用水溶液离子交换法制备了不同离子交换的13X和4A分子筛,并在25℃下测 定了它们的静态吸附等温线和动态穿透曲线。研究发现,Ca~(2+)离子和Li~+离子 交换的13X和4A分子筛对氮的吸附性能都明显优于其相应的钠型分子筛,而它们对 氩的吸附量变化不大,说明这两种离子交换的分子筛是较好的氮氩分离吸附剂。从 动态吸附的结果来看,所研究的各种分子筛都有一个最优的吸附分离压力,在本论 文研究的压力范围内,这个最优压力在0.6MPa附近。通过穿透曲线推算出的混合气 体吸附量和纯气体吸附量的对比可以得出,对于氮氩吸附选择性较高的分子筛,氮 的存在对氩的吸附量有较大的影响。     

用CO_2吸附法分析分子筛的孔结构

以NaA,NaY和NaZSM-5分子筛为研究对象,以CO2为吸附质,通过吸附数据测定,研究分子筛材料微孔结构的吸附表征方法.计算了NaA、NaY和NaZSM-5分子筛的微孔孔容,其中基于D-A方程的微孔孔容值与文献值一致.根据CO2吸附数据分析了3种分子筛的孔径分布.发现对于含有球形孔结构的NaA,NaY分子筛和NaA+NaY混合物,HK(Horvath-Kawazoe)球形模型(HKsphere)能够很好地描述其孔径分布,而HK柱状模型(HKcylinder)能够很好地表征具有柱状孔道结构的NaZSM-5分子筛.单一的HK方法不能表征同时含有柱状孔和球形孔的NaA+NaZSM-5混合物,使用HKcylinder只能得到混合物材料中柱状孔的分布情况,而使用HKsphere只能得到球形孔的分布情况.     

Ca2+交换的几种分子筛的氮氩分离性能

采用水溶液离子交换法制备了Ca2+交换的4A,13X和LSX分子筛,并在25 ℃下测定了它们的静态吸附等温线和动态穿透曲线.研究发现, Ca2+交换的4A,13X和LSX分子筛对氮的吸附性能都明显优于其相应的钠型分子筛,而它们对氩的吸附量变化不大,说明Ca2+交换的这三种分子筛是较好的氮氩分离吸附剂.从动态吸附的结果来看,所研究的各种分子筛都有一个最优的吸附分离压力,在本论文研究的压力范围内,这个最优压力在0.6 MPa附近.由穿透曲线可推算出混合气体的吸附量,通过氮和氩在混合气体中的吸附量和相应纯气体吸附量的对比可以得出,对于氮氩吸附选择性较高的分子筛,氮的存在对氩的吸附量有较大的影响.     

ZSM-5分子筛吸附分离对二乙苯的研究

本文用动态法就对二乙苯在ＺＳＭ－５分子筛上的吸附进行了研究，考察了温度、脉冲进料量、解吸剂的流速、解吸剂的性质等对分离效果的影响，确定了最佳操作条件：温度为２００℃～２３０℃，常压，以甲苯为解吸剂，解吸剂流量 ２５０～３５０Ｋｇ／ｍ２·ｈ，对二乙苯的单程收率为 ６０％，纯度＞９５％。     

CuY型分子筛制备及吸附脱硫影响因素研究

通过液相离子交换法制备CuY型分子筛,并利用正交实验得到了制备过程中交换时间、交换温度、铜离子浓度的最佳条件。系统研究了CuY分子筛的焙烧温度、吸附时间、吸附温度对其吸附脱除模拟油中二苯并噻吩(DBT)的影响。采用XRD、ICP及BET比表面积分别对不同CuY分子筛的骨架结构及阳离子负载量进行了研究。结果表明,二次交换后,分子筛已达到交换平衡,最佳焙烧温度为450℃,温度过高会破坏分子筛的骨架结构;分子筛上的吸附水对其吸附脱除二苯并噻吩的能力有较大的影响。     

Ca2＋交换的几种分子筛的氮氩分离性能

采用水溶液离子交换法制备了Ca2＋交换的4A、13X和LSX分子筛，并在25 ℃下测定了它们的静态吸附等温线和动态穿透曲线.研究发现， Ca2＋交换的4A、13X和LSX分子筛对氮的吸附性能都明显优于其相应的钠型分子筛，而它们对氩的吸附量变化不大，说明Ca2＋交换的这三种分子筛是较好的氮氩分离吸附剂.从动态吸附的结果来看，所研究的各种分子筛都有一个最优的吸附分离压力，在本论文研究的压力范围内，这个最优压力在0.6 MPa附近.由穿透曲线可推算出混合气体的吸附量，通过氮和氩在混合气体中的吸附量和相应纯气体吸附量的对比可以得出，对于氮氩吸附选择性较高的分子筛，氮的存在对氩的吸附量有较大的影响.     

XRD测定NaY型分子筛的钾离子交换度

对K离子交换的NaY分子筛进行火焰光度分析和XRD测试,研究XRD特征峰的面积和强度变化与离子交换度之间的关系。结果表明,衍射角2θ=20.3何恢蒙戏迩慷取⒎迕婊谌淄挤段诘陌俜直扔隟+离子交换度之间均存在很好的线性关系,由此得到的交换度计算值与采用火焰光度分析方法得到的实验值之间的相对误差分别小于2.0%和5.5%,可以用于离子交换度的定量测定。     

FCC汽油中含硫化合物在Ce交换的Y型分子筛上的吸附

 研究了NaY分子筛在与硝酸铈溶液进行液相离子交换前后对含有大量芳烃和烯烃的FCC汽油的吸附脱硫. 结果表明,在室温和常压下,以离子交换方式将Ce3+引入到Y分子筛中后,分子筛吸附剂对FCC汽油的脱硫选择性明显提高,并且脱硫选择性随分子筛中Ce3+含量的增多而提高. 噻吩吸附的红外光谱表明,在Ce3+改性后的分子筛吸附剂上存在着噻吩分子直接以硫原子与吸附剂相互作用的吸附模式,这种不同于π络合的吸附方式可能不易受FCC汽油中竞争分子的影响,因此分子筛表现出较高的吸附脱硫选择性.     

氮、氩在5分子筛上的低温吸附分离

测定了不同温度下氮、氩在5分子筛上的吸附等温线,其中三参数的Langmuir-Freundlich方程和Toth方程在不同温度下都能获得较好的拟合结果;计算了不同温度下氮、氩在5分子筛上吸附的亨利常数,获得了氮、氩选择性和温度的关系。测定了125K温度下氮、氩混合气体在5分子筛吸附柱上的穿透曲线。结果表明:最先流出的5L气体中含有约70%的氩,通过收集5L气体即可实现混合气体中氩的初步分离。     

乙炔在ZSM-5分子筛上的吸附机制及吸附态性质

 在有微量水存在下研究了乙炔在HZSM-5和NaZSM-5上的吸附和脱附. 在80 ℃下, NaZSM-5上乙炔的饱和吸附量约为HZSM-5上的5倍,但在200 ℃以上时吸附的乙炔只有少量可存留于NaZSM-5表面. 这与乙炔在HZSM-5上的较强吸附显著不同. 依据FT-IR对乙炔吸附态的测定,研究了乙炔在ZSM-5分子筛上的吸附机制及吸附态性质. 乙炔与HZSM-5中B酸中心上的水作用形成乙烯醇,后者在升温时变为碳正离子结合在分子筛的 Al-O--Si 上构成强吸附物种. 在NaZSM-5上,乙炔只通过与Na+位上的水作用形成乙烯醇,后者与沸石孔道中的阳离子以静电结合构成弱吸附物种. 与HZSM-5的情况不同, NaZSM-5上的吸附物种在升温过程中被活化前即分解成乙炔脱附.     

分子筛吸附性质的气相色谱研究

应用气相色谱分析法,研究了空气、氮气、氧气、甲烷在两种新合成的4A、5A分子筛上的吸附和分离性质,根据相关的吸附动力学模型导出了色谱峰与吸附热和吸附活化能关系的公式,并应用他们对检测数据进行了处理,得出了这两种分子筛对上述气体的吸附特征、选择性及吸附热和吸附活化能,以及气体保留时间、吸收峰面积与温度的关系。并且从分子筛的结构特征分析了吸附热和吸附活化能变化的原因。     

甲烷在AFS型分子筛中的吸附模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法模拟了甲烷分子在AFS型分子筛中的吸附量, 并和Dvren等人(Langmuir, 2004, 20: 2683)设计的金属有机骨架中的甲烷吸附量进行比较, 发现AFS型沸石分子筛对甲烷分子有很好的吸附性能, AFS型分子筛是中低压吸附储存天然气系统中的一种比较理想的吸附剂. 采用Dubinin Asakhov(DA)微孔分析方法, 分析了沸石结构对甲烷储量大小的影响, 总结了影响甲烷储量大小的物理因素.     

气体分离分子筛膜

本文简述了气体分离分子筛膜的研究进展,总结了气体分离分子筛膜的制备方法、分子筛膜类型、气体分离性能及催化应用,分析了气体渗透测定方法和分离机理,对分子筛膜的发展提出一些建议。