Struktur und Eigenschaften von Molekularsieben
Molekularsiebe (1) Kontrolle der Korngröße und -form Die Porengröße der meisten Zeolith-Molekularsiebe beträgt weniger als 1 nm. Wenn kleine molekulare organische Stoffe in den Zeolithporen reagieren, wird die Diffusion bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt, was sich auf die Porennutzung und die katalytische Leistung auswirkt. Die Verringerung der Korngröße und die Veränderung der Form des Korns ist das Mittel, um die molekulare Diffusionsleistung und die Nutzungsrate der Porenkanäle zu verbessern. Der Diffusionsweg des Kleinkorn- oder Nanomolekularsiebes ist kürzer als der des Großkornmolekularsiebs, die Nutzungsrate des Porenkanals wird stark verbessert und die katalytische Aktivität wird ebenfalls reduziert. Es gibt Verbesserungen. (2) Mehrstufige Porenverbindung Die meisten der bisher gemeldeten mesoporösen Materialien weisen Mängel auf, wie z. B. schlechte thermische Stabilität, Mangel an Oberflächensäurezentren mit einer bestimmten Stärke und leichter Verlust von Säurezentren. Der Hauptgrund dafür ist, dass, obwohl die oben genannten Materialien mesoporöse Kanäle geordnet haben, ihr Skelett eine amorphe Struktur ist. Obwohl Zeolith-Molekularsiebe eine gute strukturelle Stabilität und starke Säurezentren aufweisen, gibt es Einschränkungen in der molekularen Diffusion, die ihre katalytische Aktivität und Selektivität beeinflussen. Es wird erwartet, dass die mikroporösen und mesoporösen oder makroporösen hierarchischen porösen Verbundwerkstoffe die Vorteile beider kombinieren und ihre Vorteile in praktischen Anwendungen ausspielen. Es wird erwartet, dass hierarchische Porenzeolith-Molekularsiebe in einigen größeren molekularkatalytischen Reaktionen und katalytischen Flüssigphasenreaktionen eingesetzt werden. (3) Co-kristallines Molekularsieb Die katalytische Natur von co-kristallinen Molekularsieben ist eigentlich die Feinjustierung von Poren und Säure, die ein Mittel zur Verbesserung der Leistung von Katalysatoren ist. Die katalytische Leistung kristalliner Molekularsiebe wurde stark verbessert. Wenn beispielsweise ZSM-5/ZSM-11 (MFI/MEL) co-kristalline Molekularsiebe in der MTG-Reaktion verwendet werden, können Benzinkomponenten in einem weiten Bereich eingestellt werden. (4) Oberflächenmodifikation des Molekularsiebes und Verbesserung seiner hydrothermalen Stabilität Die thermische Stabilität und die hydrothermale Stabilität sind eine der wichtigsten Eigenschaften von Molekularsiebkatalysatoren, die untersucht werden sollen. Viele industrielle katalytische Reaktionen erfordern eine hohe thermische Stabilität von Katalysatoren, insbesondere hydrothermale Stabilität. Sie bestimmen oft die Lebensdauer von Katalysatoren und die Auswahl von Reaktionsprozessen. Schlüssel. Am Beispiel der katalytischen Cracking-Reaktion von CTE, da die Reaktion unter Dampfbedingungen durchgeführt wird, ist die Verbesserung der hydrothermalen Stabilität des Katalysators der Schlüssel zur Entwicklung von CTE-Katalysatoren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Stabilität des aktiven Zentrums des katalytischen Materials unter Wasserdampf verbessert werden kann, indem das katalytische aktive Zentrum des porösen Materials mit Phosphoroxidverbindungen zusammengesetzt und modifiziert und Gerüstheteroatome eingeführt werden.
Katalytische Eigenschaften von Molekularsieben
(1) Aktivitätsanforderungen für katalytische Reaktionen: Große spezifische Oberfläche, gleichmäßige Porenverteilung, einstellbare Porengröße, gute Formauswahl für Reaktanten und Produkte; stabile Struktur, hohe mechanische Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit (400 ~ 600 ° C), gute thermische Stabilität, nach Aktivierung und Regeneration wiederverwendbar; Nicht korrosiv für die Ausrüstung und leicht von Reaktionsprodukten zu trennen, werden im Produktionsprozess grundsätzlich keine "drei Abfälle" erzeugt, und der Abfallkatalysator ist einfach zu handhaben und belastet die Umwelt nicht. Zum Beispiel umfasst das Forschungssystem der formselektiven Katalyse fast die gesamte Umwandlung und Synthese von Kohlenwasserstoffen sowie die katalytische Umwandlung von Alkoholen und anderen Stickstoffen, Sauerstoff, schwefelhaltigen organischen Verbindungen und Biomasse, die Grundlagenforschung, angewandte Forschung und Industrie sind. Die Entwicklung hat ein weites Feld eröffnet. Einige Übergangsmetall-haltige Zeolith-Molekularsiebe werden nicht nur in traditionellen Säure-Base-Katalysesystemen, sondern auch in Oxidations-Reduktions-Katalyseprozessen eingesetzt. (2) Effiziente Katalyse von Zeolith-Molekularsieben Für Zeolith-Molekularsiebe, die in der industriellen Katalyse eingesetzt werden, ist eine hohe Leistung die Grundvoraussetzung und das Ziel. Die Art und Anzahl der aktiven Zentren katalytischer Materialien und die Diffusionsleistung von Mikroporen sind die intrinsischen Faktoren, die ihre katalytische Aktivität beeinflussen. Die katalytische Selektivität hängt eng mit der Formselektivität von Mikroporenkanälen, dem Auftreten von Nebenreaktionen und der Diffusionsgeschwindigkeit jedes Reaktionsmoleküls zusammen. Die Lebensdauer war schon immer ein wichtiger Indikator, um die Leistung katalytischer Materialien zu messen. Das ewige Thema des Prozesses. Unter der Prämisse, dass die Katalysatoraktivität die Anforderungen erfüllt, wenn der deaktivierte Katalysator leicht zu regenerieren ist und die Struktur zurückgewonnen werden kann, dh er kann wiederholt regeneriert werden, und dann mit einem geeigneten Reaktionsprozess, kann der Zweck der Verlängerung der Lebensdauer des Katalysators erreicht werden. Daher stellt die hohe Leistung nicht nur höhere Anforderungen an Zeolith-Molekularsiebmaterialien, sondern erfordert auch eine mehrskalige Kombination und Koordination von katalytischen Materialien, Reaktionsprozessen und reaktionstechnischen Systemen und ermöglicht es Katalysatoren schließlich, eine hohe Leistung in industriellen Anwendungen zu erzielen.
Molekularsiebkatalysator | Klassifizierung von Molekularsiebkatalysatoren
Molekularsieb-Katalysator Molekularsiebe werden nach der Größe der Poren unterteilt, und es gibt Molekularsiebe, die kleiner als 2 nm, 2-50 nm und größer als 50 nm sind, die als mikroporöse, mesoporöse und makroporöse Molekularsiebe bezeichnet werden. Molekularsiebe können je nach Porengröße in drei Kategorien eingeteilt werden: mikroporöse, mesoporöse und makroporöse Molekularsiebe. Mikroporöse Molekularsiebe haben die Vorteile eines starken Säuregehalts, einer hohen hydrothermalen Stabilität und einer speziellen "formselektiven Katalyse", aber sie haben auch Nachteile wie eine enge Porengröße und einen großen Diffusionswiderstand, die ihre Anwendung in makromolekularen katalytischen Reaktionen stark einschränken. Mesoporöse Molekularsiebe haben die Eigenschaften einer hohen spezifischen Oberfläche, einer großen Adsorptionskapazität und einer großen Porengröße, die das Problem des Stoffaustauschs und der Diffusion bis zu einem gewissen Grad lösen können. Ihr schwacher Säuregehalt und ihre schlechte hydrothermale Stabilität schränken jedoch ihre industriellen Anwendungen ein. Um die oben genannten Probleme zu lösen, haben Forscher hierarchische poröse Molekularsiebe entwickelt, die die Vorteile von mesoporösen und mikroporösen Molekularsieben kombinieren und unermessliche Anwendungsperspektiven im petrochemischen Bereich haben.
Welches Molekularsieb?
Molekularsieb, oft Zeolithe oder Zeolith-Molekularsiebe genannt, werden klassisch definiert als "Aluminosilikate mit einer porösen (Kanal-) Rahmenstruktur, die von vielen großen Ionen und Wasser besetzt werden kann". Nach der traditionellen Definition sind Molekularsiebe feste Adsorbentien oder Katalysatoren mit einer einheitlichen Struktur, die Moleküle unterschiedlicher Größe trennen oder selektiv reagieren können. Im engeren Sinne sind Molekularsiebe kristalline Silikate oder Aluminosilikate, die durch Silizium-Sauerstoff-Tetraeder oder Aluminium-Sauerstoff-Tetraeder durch Sauerstoffbrücken zu einem System von Kanälen und Hohlräumen verbunden sind, wodurch sie die Eigenschaften von Siebmolekülen aufweisen. Grundsätzlich kann es in verschiedene Arten von A, X, Y, M und ZSM unterteilt werden, und Forscher schreiben es oft der Kategorie der festen Säure zu.
Was ist der Unterschied zwischen Zeolith und Molekularsieb?
Zeolith, Molekularsieb, Zeolith-Molekularsieb, diese Wörter sind leicht zu verwechseln, heute werden wir über den Unterschied zwischen ihnen sprechen: Zeolith ist nur eine Art von Molekularsieb. Da Zeolith das repräsentativste unter den Molekularsieben ist, werden die Begriffe "Zeolith" und "Molekularsieb" von Anfängern leicht verwechselt. Molekularsiebe sind kristalline Silikate oder Aluminosilikate, die aus Silizium-Sauerstoff-Tetraedern oder Aluminium-Sauerstoff-Tetraedern bestehen, die durch Sauerstoffbrücken verbunden sind, um einen Kanal und ein Hohlraumsystem mit Molekülgröße (normalerweise 0,3 nm bis 2,0 nm) zu bilden, um die Eigenschaften von Siebmolekülen zu haben. Das Molekularsieb ist ein Pulverkristall mit metallischem Glanz, die Härte beträgt 3-5 und die relative Dichte beträgt 2-2,8. Während natürlicher Zeolith Farbe hat, ist synthetischer Zeolith weiß, unlöslich in Wasser, thermische Stabilität und Säurebeständigkeit nehmen mit der Zunahme des SiO2 / Al2O3-Zusammensetzungsverhältnisses zu. Der Hauptunterschied zwischen den beiden liegt in der Verwendung. Zeolith ist im Allgemeinen natürlich, mit unterschiedlichen Porengrößen. Solange Hohlräume vorhanden sind, kann es Stöße verhindern; Während die Funktionen von Molekularsieben viel weiter fortgeschritten sind, wie z.B. das Screening von Molekülen, die Herstellung von Katalysatoren und Katalysatoren mit verzögerter Freisetzung. usw., so dass es bestimmte Anforderungen an die Blende gibt, und sie werden oft künstlich synthetisiert. Ich weiß nicht, ob Sie in der heutigen Erklärung ein tieferes Verständnis für die Beziehung zwischen Zeolith und Molekularsieben haben.
Verfahren und Eigenschaften der Herstellung von Zeolith-Molekularsieb aus natürlichem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Ton
Zeolith-Molekularsieb ist eine Art Aluminosilikatkristall mit regelmäßiger Porenstruktur, der in der Gasadsorptionstrennung, der industriellen Katalyse, der Kontrolle der Schwermetallionenverschmutzung und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Bei der hydrothermalen Synthese herkömmlicher Zeolith-Molekularsiebe werden häufig silizium- und aluminiumhaltige chemische Produkte sowie organische Templates als Rohstoffe verwendet, was nicht nur teuer ist, sondern auch die Umwelt belastet. In den letzten Jahren, mit der Popularisierung des Konzepts der "grünen chemischen Industrie", haben natürliche Kieselsäure-Aluminiumoxid-Tone wie Kaolin, Montmorillonit, Rektor und Illit die Vorteile reichlicher Reserven und niedriger Preise. Es hat ein großes Potenzial gezeigt, und seine Synthesemethoden umfassen hauptsächlich die Seed-Methode, die dampfunterstützte Festphasenmethode und die lösungsmittelfreie Methode. 1. Seed-Methode Da Holmes et al. über die Herstellung von hochreinem ZSM-5-Molekularsieb mit natürlichem Kaolin als Siliziumquelle und kommerziellem Molekularsieb als Impfkristall berichteten, kann die Impfkristallmethode die Syntheseinduktionszeit erheblich verkürzen und die Bildung und Regulation von Heterokristallen hemmen. Ausgezeichnete Effekte wie die Korngröße, sowie die Eigenschaften des grünen Syntheseprozesses, einfache und bequeme Bedienung, kein organisches Template-Mittel für die Synthese und stark reduzierte Produktionskosten, sind jetzt zu einem der repräsentativen Wege für die grüne Synthese von Zeolith-Molekularsieben geworden. Der Mechanismus der Synthese von Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis durch Impfkristalle neigt zum Mechanismus der Flüssigphasensynthese, dh Zeolith-Samen werden im frühen Stadium der Kristallisation teilweise gelöst, um kleine Fragmente mit der primären Einheitsstruktur von Zeolith-Molekularsieben zu bilden; Gleichzeitig werden sie durch natürlichen Kieselsäure-Aluminiumoxid-Ton aktiviert. Die erzeugten aktiven Kieselsäure-Aluminiumoxid-Spezies werden polykondensiert, um Aluminosilikatgel zu bilden, das die Impfkristallfragmente allmählich umhüllt und unter der strukturellen Führung des Impfkristalls kristallisiert, um eine Schalenstruktur mit dem Impfkristall als Kern zu bilden. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit erzeugt das amorphe Aluminat-Gel allmählich primäre molekulare Siebstruktureinheiten, die durch Kondensationspolymerisation von der Schale zum Kern abgeschieden werden und schließlich die aktiven geomineralischen Polymere umwandeln, die durch Tondepolymerisation gebildet werden. Werden Sie ein Zeolith-Molekularsieb. 2. Festphasen-Syntheseverfahren Das Merkmal dieser Technologie besteht darin, dass das Rohmaterial für die Synthese des Zeolith-Molekularsiebs unter Verwendung des Abstandhalters in die Dampfphase des Reaktionslösungsmittels und das strukturleitende Mittel für die Kristallisationssynthese eingebracht wird. Im Vergleich zum traditionellen hydrothermalen Syntheseverfahren wurde das Festphasensynthesesystem von Forschern in den letzten Jahren häufig für ZSM-5 bei der Synthese von Zeolithen wie SSZ-13 und SAPO-34 verwendet. Der Kristallisationsprozess von Zeolith-Molekularsieben auf Basis von natürlichem Siliziumdioxid-Aluminiumoxid, die durch Festphasensynthesetechnologie hergestellt werden, entspricht eher dem Zweiphasenkristallisationsmechanismus zwischen Festphasen- und Flüssigphasensynthese. Das heißt, in der Anfangsphase der Kristallisation von synthetischen Zeolith-Molekularsieben in der festen Phase wird der natürliche Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Ton unter der doppelten Wirkung von Wasserdampf und starken alkalischen Hydroxidionen, die an der Oberfläche des festen Rohstoffs gebunden sind, gelöst, und aktive Silizium- und Aluminiumspezies werden erzeugt. und übernahm die Führung bei der Kristallisation zu Zeolith-Molekularsiebkristalliten. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit absorbieren Zeolithkristallite mehr aktive Silizium- und Aluminiumspezies aus ihrer Umgebung und wachsen allmählich nach dem Oswald-Mechanismus unter der Wirkung von Na + und Strukturlenkern. In der Dampfumgebung sind der Stoffaustausch und die Wärmeübertragung der aktiven Silizium- und Aluminiumspezies in der Umgebung des Kristallkerns stark erhöht, was nicht nur die Aktivität der Oberfläche des Geopolymers verringert, sondern auch die organische Schablone leicht an der Oberfläche des festen Rohmaterials befestigt. Es fördert auch die weitere Depolymerisation und Umlagerung von geomineralischen Polymeren, wodurch die Wachstumsrate von Kristallen beschleunigt wird. Obwohl die Herstellung von Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis durch die Festphasensynthesetechnologie die grünen Syntheseeigenschaften einer großen Menge synthetischer Lösungsmittel überwindet, ist der eigentliche Synthesevorgang zu umständlich, der Druck im System ist während der Kristallisation zu groß und die Syntheseprodukte werden gemischt. Eine Reihe praktischer Probleme ist noch nicht industriell anwendbar. 3. Lösungsmittelfreies Verfahren Um die Probleme der großen Menge alkalischer Lösungsaustragung zur Verschmutzung der Umwelt, der geringen Ausbeute pro Kessel und des hohen Drucks des Synthesesystems aufgrund der Verwendung von Lösungsmittelwasser bei der traditionellen Synthese von Zeolith-Molekularsieben zu überwinden, wurde die Technologie der lösungsmittelfreien Synthese von Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis ins Leben gerufen. Da die lösungsmittelfreie Synthese von Zeolith-Molekularsieben zur Wechselwirkung zwischen festem und festem Zustand gehört, wird im Syntheseprozess kein Lösungsmittel zugesetzt, so dass das Problem der Lösungsmittelentladung und des Synthesedrucks, die durch die Zeolithproduktion verursacht werden, vollständig eliminiert wird. Derzeit geht man davon aus, dass die lösungsmittelfreie Synthese von Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis einem festen Phasenübergangsmechanismus folgt. Das heißt, im Prozess der Zeolithkristallisation durchläuft es vier Stufen der Diffusion, Reaktion, Keimbildung und des Wachstums. Der Unterschied zur hydrothermalen Keimkristallsynthese und der dampfunterstützten Festphasensynthese besteht darin, dass bei der lösungsmittelfreien Synthese von Zeolith-Molekularsieben weder die Auflösung von Festphasenrohstoffen noch die direkte Beteiligung der Flüssigphase an der Keimbildung und dem Kristallwachstum des Molekularsiebs stattfindet. Bei der Zeolithsynthese kann die Verlängerung der Mahlzeit und die Erhöhung der Mahlfestigkeit nicht nur die Wahrscheinlichkeit eines intermolekularen Kontakts erhöhen, was der spontanen Diffusion von Molekülen förderlich ist, sondern auch die freie Oberflächenenergie der Reaktionskomponenten erhöhen, wodurch die gesamte freie Energie der Zeolithsynthese erhöht wird. Zweck. Während des Kristallisationsprozesses polymerisieren die aktiven Silizium- und Aluminiumspezies, die durch die Aktivierung und Depolymerisation von natürlichen Silizium-Aluminiumoxid-Tonen erzeugt werden, in Abhängigkeit von den reichlich vorhandenen Hohlräumen und Konzentrationsgradienten zwischen den Phasengrenzflächen, wobei allmählich ein primärer "Kristallkern" gebildet wird, und dann kontinuierlich Polykondensation, Kondensation bilden und sich schließlich zu Molekularsieb-Einkristallen verbinden.