分子筛选择吸附特性及分子筛、吸附质孔径的大小
2013-05-30 18:53:54 来源：jdalai95
为什么说分子筛具有选择吸附特性？而硅胶和活性氧化铝、活性炭都没有？每种型号分子筛的有效吸附孔径是多少？分子筛吸附质乙炔、硫化氢等分子的大小分别是多少？
分子筛就是因为它有选择吸附效能。它可以根据分子大小和形状的不同选择吸附，这种能力称之为分子筛效应。
分子筛晶体具有蜂窝状的结构，晶体内的晶穴和孔道相互连通，孔穴的体积占沸石晶体体积的50%以上，并且孔径大小均匀、固定，与通常分子的大小相当，分子筛的不同结构类型、阳离子的不同种类和数量，对孔径有很大影响。下表是一些分子筛的有效吸附孔径。
表一：分子筛的有效吸附孔径
|
沸石类型 |
SiO2/Al2O3比 |
孔直径（埃） |
分子 |
分子直径 |
|
KA |
2.0 |
3 |
水 |
2.7-3.2 |
|
NaA |
2.0 |
4.2 |
苯 |
6.5-6.8 |
|
CaA |
2.0 |
5 |
正丁烷 |
4.9 |
|
NaX |
2.5 |
9 |
三丙烷 |
8.1-9.1 |
|
NaY |
4.5-5.0 |
9 |
1，3，5三乙苯 |
8.2-8.5 |
|
NaK毛沸石 |
6.6 |
4.5-5.4 |
苯 |
6.5-6.8 |
|
Na丝光沸石 |
10 |
4 |
苯 |
6.5-6.8 |
|
H丝光沸石 |
10 |
7 |
异戊烷 |
6.8-7 |
分子筛空腔直径一般在6-15埃之间，孔径约在3-10埃之间。从表二、表3分子筛对直链烃、直链醇选择吸附的实验结果说明硅胶和活性炭都没有选择吸附作用。活性炭对于各种烃类的吸附量都很高，硅胶在室温下对挥发性丁烷—正丁烷和异丁烷的吸附量很低，吸有5A分子筛具有选择吸附作用，在含有异构烷烃和芳香烃的混合物中，选择吸附正烷烃；在含有仲丁醇和异丁醇的混合物中，选择吸附正丁醇。十分明显，只有那些直径比较小的分子才能通过沸石孔道被分子筛吸附，而构型庞大的分子由于不能进入沸石孔穴，面积分不被分子筛吸附。
表2、分子筛对直链烃的选择吸附
|
吸附质 |
温度
℃ |
压力
毫米汞柱 |
吸附克数/100克吸附剂 |
|
5A |
硅胶 |
活性炭 |
|
正丁烷 |
25 |
47 |
9.8 |
3.4 |
24 |
|
异丁烷 |
25 |
98 |
0.5 |
4.8 |
26 |
|
苯 |
25 |
50 |
0.5 |
3.5 |
44 |
表3、分子筛对直链醇的选择吸附
|
吸附质 |
温度
℃ |
压力
毫米汞柱 |
吸附克数/100克吸附剂 |
|
5A |
硅胶 |
活性炭 |
|
正丁醇 |
25 |
2.0 |
12.6 |
27 |
39 |
|
仲丁醇 |
25 |
3.0 |
1.4 |
21 |
21 |
|
异丁醇 |
25 |
1.5 |
0.3 |
25 |
24 |
硅胶和活性氧化铝、活性炭没有均匀的孔径，孔径分布范围十分宽广，因而没有筛分性能。硅胶的孔径分布约在10-1000埃，活性氧化铝为10-1000埃。
但是，比如NaA分子筛并不意味着一点也不吸附直径大于4埃的分子。由表2和表3的数据可以看出，5A（CaA）型分子筛还是能够吸附一部分分子直径大于5埃的异构烷烃、苯、仲丁醇和异丁醇的。这是因为分子筛中除了内表面之外，它还约占有总表面积1%的外表面积。沸石晶体内部微孔体系称为一级孔结构，晶体外表面的大孔（1000-10000埃）称为二级孔结构。特别是稍大于分子筛微孔直径的分子，由于分子筛骨架有一定的伸缩性，还是可以吸附一定数量的，只是吸附容量和吸附速度较小分子大为降低，以至可以忽略不计。
表4、分子筛吸附质分子的大小
|
吸附质 |
分子的临界直径（埃） |
分子的长度（埃） |
吸附质 |
分子的临界直径（埃） |
分子的长度（埃） |
|
氦 |
2.0 |
- |
正戊烷 |
4.89 |
9.04 |
|
H2 |
2.4 |
3.0 |
正已烷 |
4.9 |
10.34 |
|
乙炔 |
2.4 |
- |
丙烷 |
4.9 |
6.52 |
|
水蒸汽 |
2.7-3.1 |
3.2 |
NO和丙烯 |
5.0 |
- |
|
CO和CO2 |
2.8 |
4.1 |
丁烯-1和丁烯-2 |
5.1 |
- |
|
N2 |
3.0-3.64 |
4.09 |
噻吩 |
5.3 |
- |
|
He |
3.2-3.96 |
- |
二乙基醚 |
5.1-5.9 |
- |
|
O2 |
3.4-3.8 |
3.8 |
异丁烷 |
5.6-5.9 |
- |
|
Ar |
3.4-3.84 |
- |
丁醇 |
5.8 |
- |
|
Kr |
3.6-3.9 |
- |
环已烷 |
6.0-6.1 |
- |
|
NH3 |
3.65-3.8 |
- |
苯 |
6.5-6.8 |
-5.7 |
|
H2S |
3.7 |
- |
甲苯和对二甲苯 |
6.5-6.8 |
- |
|
CH4 |
4.0-4.25 |
- |
CCl4 |
6.8-6.9 |
7.1 |
|
C2H6 |
4.0-4.7 |
4.6 |
四甲基甲烷 |
6.8 |
7.0 |
|
环氧乙烷 |
4.2 |
- |
邻二甲苯 |
6.0-7.4 |
- |
|
C2H4 |
4.25-4.4 |
4.6-5.5 |
间二甲苯 |
7.0 |
- |
|
Xe |
4.4 |
- |
异丙苯 |
7.6 |
- |
|
乙醛 |
4.4 |
- |
三乙胺 |
8.2-8.4 |
8.5 |
|
甲醇 |
4.4 |
- |
1，3，5三乙苯 |
8.2-8.5 |
- |
|
正庚烷 |
4.3-4.9 |
11.5 |
三丙胺 |
9.1 |
- |
|
环丙烷 |
4.7-4.9 |
- |
六乙基苯 |
10 |
- |
|
乙醇 |
4.7-5.1 |
5.9 |
三苯基甲醇 |
14 |
- |
|
正丁烷 |
4.89 |
7.78 |
300-500℃馏分的烃类 |
~15 |
- |
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