Der Unterschied zwischen Zeolith und molekularem Sieb
Das molekulare Sieb ist Pulverkristall mit metallischem Glanz, Härte 3 ~ 5 und einer relativen Dichte von 2 ~ 2,8. Natürlicher Zeolith hat Farbe, synthetischer Zeolith ist weiß und in Wasser unlöslich. Die thermische Stabilität und der Säurewiderstand nehmen mit der Erhöhung des SiO2/Al2O3-Zusammensetzungsverhältnisses zu. Ein molekulares Sieb hat eine große spezifische Oberfläche von bis zu 300 ~ 1000 m² / g, und die innere Kristalloberfläche ist stark polarisiert. Es ist nicht nur eine Art effizientes Adsorbent, sondern auch eine Art feste Säure. Die Oberfläche weist eine hohe Säurekonzentration und Säurefestigkeit auf, was eine positive katalytische Reaktion im Kohlenstoffionentyp verursachen kann. Wenn die Metallionen in der Zusammensetzung mit anderen Ionen in der Lösung ausgetauscht werden, kann die Porengröße angepasst werden, um ihre Adsorption und katalytischen Eigenschaften zu verändern, um molekulare Siebkatalysatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Zeolith ist der allgemeine Name für Zeolithgruppen-Minerale. Es handelt sich um ein Aluminosilikatmineral, das wässriges Alkalimetall oder Erdalkalimetall enthält. Je nach Eigenschaften von Zeolithmineralien kann es in vier Typen unterteilt werden: Rahmen, Blatt, faserig und unklassifiziert. Je nach den Eigenschaften des Porensystems kann es in eindimensionale, zweidimensionale und dreidimensionale Systeme unterteilt werden. Jeder Zeolith besteht aus Siliziumtetraeder und Alumina-Tetraeder. Tetraeder können nur durch Eckpunkte verbunden werden, das heißt, sie teilen sich ein Sauerstoffatom, nicht "Kanten" oder "Flächen". Das Aluminium-Sauerstoff-Tetraeder selbst kann nicht verbunden werden, und zwischen ihnen befindet sich mindestens ein Silizium-Sauerstoff-Tetraeder. Das Silizium-Sauerstoff-Tetraeder kann direkt verbunden werden. Silizium im Silizium-Sauerstoff-Tetraeder kann durch Aluminiumatome ersetzt werden, um ein Aluminium-Sauerstofftetraeder zu bilden. Das Aluminiumatom ist jedoch dreiwertig, sodass im Aluminium-Sauerstofftetraeder der Elektrizitätspreis eines Sauerstoffatoms nicht neutralisiert wird, was zu einem Ladungsungleichgewicht führt, das das gesamte Aluminium-Sauerstofftetraeder negative Punkte bekommt. Um neutral zu bleiben, müssen positiv geladene Ionen zum Offseten vorhanden sein, die in der Regel durch Alkalimetall- und Erdalkalie-Metallionen wie Na, CA, Sr, Ba, K, Mg und andere Metallionen kompensiert werden. Aufgrund seiner einzigartigen inneren Struktur und kristallinen chemischen Eigenschaften besitzt Zeolith eine Vielzahl von Eigenschaften, die in der Industrie und Landwirtschaft verwendet werden können. Der natürliche Zeolith ist hellgrau und wurde manchmal auch in der Welt gefunden. Es in der Hand zu halten ist offensichtlich leichter als gewöhnliche Steine. Das liegt daran, dass der Zeolith mit subtilen Löchern und Kanälen gefüllt ist, was viel komplexer ist als der Bienenstock. Wenn man Zeolith mit einem Hotel vergleicht, gibt es in diesem "Superhotel" 1 Million "Zimmer" mit 1 Kubikmikron! Diese Zimmer können die Tür automatisch je nach Geschlecht, Größe, Gewicht und Hobbys der "Passagiere" (Moleküle und Ionen) öffnen oder blockieren und lassen "Fett" niemals in "dünne" Zimmer gehen, noch werden große Menschen im selben Raum wie kleine Menschen wohnen. Aufgrund dieser Eigenschaft von Zeolith verwenden Menschen es, um Moleküle zu screenen und gute Ergebnisse zu erzielen. Dies ist von großer Bedeutung für die Gewinnung von Kupfer, Blei, Cadmium, Nickel, Molybdän und anderen Metallpartikeln aus industriellen Abfallflüssigkeiten. Zeolith besitzt Eigenschaften der Adsorption, des Ionenaustauschs, der Katalyse, der Säurebeständigkeit und der Wärmebeständigkeit, weshalb es weit verbreitet als Adsorbent, Ionenaustauscher und Katalysator sowie als Gastrocknung, Reinigung und Abwasserbehandlung verwendet wird. Zeolith hat außerdem einen "ernährungsphysiologischen" Wert. Das Hinzufügen von 5 % Zeolithpulver zum Futter kann das Wachstum des Viehs beschleunigen, es stark, frisches Fleisch und eine hohe Eiablage machen. Aufgrund der porösen Silikatbeschaffenheit von Zeolith befindet sich eine gewisse Menge Luft in den Poren, die oft genutzt wird, um Explosionen und Sieden zu verhindern. Während der Erhitzung entweicht die Luft im kleinen Loch und übernimmt die Rolle eines Vergasungskerns, und kleine Bläschen bilden sich leicht an seinen Ecken. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Zeolithe bei ihrer Verwendung im Allgemeinen natürlich mit unterschiedlichen Porengrößen sind. Solange Blasen vorhanden sind, können sie das Kochen verhindern. Die Funktion des molekularen Siebs ist deutlich höher, wie zum Beispiel das Abschirmen von Molekülen, die Herstellung von Katalysatoren, langsam freisetzenden Katalysatoren usw. Daher gibt es bestimmte Anforderungen an die Porengröße, die oft synthetisch ist.
Methode und Eigenschaften der Herstellung eines Zeolith-Molekülsiebs aus natürlichem silicolumineszierendem Ton
Das Zeolith-Molekularsieb ist eine Art Silicoaluminatkristall mit einer regulären Porenstruktur. Es wird weit verbreitet in den Bereichen Gasadsorption und -trennung, industrielle Katalyse, Kontrolle von Schwermetallionenemissionen und so weiter eingesetzt. Die traditionelle hydrothermale Synthese des Zeolith-Molekülsiebs verwendet oft chemische Produkte mit Silizium, Aluminium und organischer Schablone als Rohstoffe, was nicht nur teuer ist, sondern auch die Umwelt verschmutzt. In den letzten Jahren, mit der Popularität des Konzepts der "grünen chemischen Industrie", haben natürliche Aluminosilikat-Tone wie Kaolin, Montmorillonit, Rektorit und Illit großes Potenzial als Rohstoffe für die Synthese von Zeolith-Molekülsiebungen gezeigt, da sie ihre reichen Reserven und den niedrigen Preis haben. Ihre Syntheseverfahren umfassen hauptsächlich die Saatgutmethode, die dampfunterstützte Festphasenmethode und die lösungsmittelfreie Methode. 1. Saatgutmethode Da Holmes et al. die Herstellung eines hochreinen ZSM-5-Molekülsiebs mit natürlichem Kaolin als Siliziumquelle und kommerziellem Molekularsieb als Kristallsamen berichteten, hat die Kristallsamenmethode die Produktionskosten erheblich gesenkt, da sie die Synthese-Einzugszeit erheblich verkürzen, die Bildung von Hybridkristallen hemmen und die Korngröße sowie die Eigenschaften des grünen Syntheseprozesses regulieren kann. Einfache und bequeme Funktionsweise ohne organische Vorlage ist sie zu einer der repräsentativen Routen des grünen synthetischen Zeolith-Molekularsiebs geworden. Der Mechanismus der Synthese von tonbasiertem Zeolith-Molekülsieb mittels Saatgutmethode tendiert zur Flüssigkeitsphasensynthese, das heißt, der Zeolithsamen wird im frühen Kristallisationsstadium teilweise gelöst und bildet kleine Fragmente mit der primären Einheitsstruktur des Zeolith-Molekularsiebs; Gleichzeitig umwickelt das durch die Auflösungspolykondensation der aktive Aluminosilikatspezies, das durch die Aktivierung natürlicher Aluminosilikat-Ton entsteht, allmählich die Samenfragmente und kristallisiert unter der Strukturführung des Samens, um eine Schalenstruktur mit dem Samen als Kern zu bilden. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit erzeugt das amorphe aluminathaltige Gel allmählich primäre molekulare Siebstruktureinheiten, die sich von der Schale bis zum Kern durch Konzentrationspolymerisation ablagern und schließlich das aktive geologische und mineralische Polymer, das durch Tondepolymerisation gebildet wird, in ein Zeolith-Molekularsieb umwandeln. 2. Quasi-Festphasenkombinationsmethode Die Technologie zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstandsaufhalter verwendet wird, um das Rohmaterial zur Synthese des Zeolith-Molekularsiebs in der Dampfphase des Reaktionslösungsmittels und des Strukturrichtmittels zu kristallisieren. Im Vergleich zum traditionellen hydrothermalen Syntheseverfahren wurde das quasi-Festphasen-Synthesesystem in den letzten Jahren weit verbreitet bei der Synthese von ZSM-5, SSZ-13, SAPO-34 und anderen Zeolithen eingesetzt, da es Vorteile wie weniger Schablonen, Wassereinsparung und die Beseitigung der Trennschritte zwischen Produkten und Mutterflüssigkeit bietet. Der Kristallisationsprozess von natürlichem Silizium-Alumina-Ton-basiertem Zeolith, hergestellt durch eine Quasi-Festphasensynthese, entspricht eher dem zweiphasigen Kristallisationsmechanismus zwischen Festphasen- und Flüssigkeitsphasensynthese. Das heißt, im frühen Stadium der Kristallisation des synthetischen Zeolith-Molekularsiebs in fester Phase löst sich natürlicher silicoalumineszierender Ton unter der doppelten Wirkung von Wasserdampf und starken alkalischen Hydroxidionen, die an der Oberfläche fester Rohstoffe gebunden sind, erzeugt aktive Silizium- und Aluminiumspezies und übernimmt die Führung bei der Kristallisation in Zeolith-Molekularsieb-Mikrokristalle. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit absorbieren ZEOLITHKRISTALLITE mehr aktive Silizium- und Aluminiumspezies aus ihrer Umgebung und wachsen allmählich gemäß dem Oswald-Mechanismus unter Wirkung von Na + und dem strukturgerichteten Mittel. In der Dampfumgebung sind der Massen- und Wärmetransfer von aktiven Silizium- und Aluminiumspezies in der Umgebung um den Kristallkern stark erhöht, was nicht nur die Aktivität der Geopolymeroberfläche verringert und die organische Schabloune leicht an der Oberfläche fester Rohstoffe haften lässt, sondern auch die weitere Depolymerisation und Umlagerung des Geopolymers fördert. wodurch die Wachstumsrate des Kristalls beschleunigt wird. Obwohl die Herstellung eines tonbasierten Zeolith-Molekularsiebs mittels Festphasen-ähnlicher Synthesetechnologie die grünen Syntheseeigenschaften vieler synthetischer Lösungsmittel übertrifft, kann es aufgrund einer Reihe praktischer Probleme, wie dem umständlichen Synthesebetrieb, dem übermäßigen Druck im System während der Kristallisation und der Verunreinigung synthetischer Produkte, dennoch nicht industrialisiert werden. 3. Lösungsmittelfreie Methode Um die Probleme der großen Einleitung alkalischer Lösungen, Umweltverschmutzung, geringer Erträge eines einzelnen Kessels und des hohen Drucks des Synthesesystems durch den Einsatz von Lösungsmittelwasser in der traditionellen Zeolith-Molekülsiebe zu überwinden, entstand die Technologie der lösungsmittelfreien Synthese des tonbasierten Zeolith-Molekularsiebs. Da die lösungsmittelfreie Synthese des Zeolith-Molekularsiebs zur Wechselwirkung zwischen Fest- und Festkörper gehört und keine Lösungsmittelzugabe im Syntheseprozess erfolgt, werden die Probleme der Lösungsmittelemission und des Synthesedrucks, die durch Zeolithproduktion verursacht werden, vollständig beseitigt. Derzeit wird angenommen, dass die lösungsmittelfreie Synthese des tonbasierten Zeolith-Molekularsiebs dem Festkörpertransformationsmechanismus folgt. Das heißt, die Bildung der Zeolithkristallisation sollte vier Phasen durchlaufen: Diffusion, Reaktion, Keimbildung und Wachstum. Im Gegensatz zur hydrothermalen Saatgutsynthese und der dampfunterstützten Festphasensynthese gibt es weder die Auflösung von Festphasenrohstoffen noch eine direkte Beteiligung der flüssigen Phase an der Keimbildung und dem Kristallwachstum von Zeolith im Prozess der lösungsmittelfreien Synthese. Im Prozess der Zeolithsynthese kann die Verlängerung der Mahlzeit und die Verstärkung der Mahlkraft nicht nur die Möglichkeit des intermolekularen Kontakts erhöhen und die spontane Diffusion von Molekülen erleichtern, sondern auch die Oberflächenfreie Energie der Reaktionskomponenten erhöhen, um die gesamte freie Energie der Zeolithsynthese zu erhöhen. Im Kristallisationsprozess polymerisieren je nach den reichen Hohlräumen und dem Konzentrationsgradientenunterschied zwischen den Phasengrenzflächen die aktiven Silizium- und Aluminiumspezies, die durch die Aktivierung und Depolymerisation natürlicher silicoalumineszenter Tonstoffe entstehen, und bilden allmählich einen primären "Kristallkern", der dann weiterhin polykondensiert, kondensiert und schließlich zu molekularen Sieb-Einkristallen verbunden wird.
Die Struktur und Eigenschaften molekularer Siebe
Molekulare Siebe (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 die Porennutzung und katalytische Leistung beeinflusst. Die Verkleinerung der Korngröße und die Veränderung der Form des Korns sind die Mittel, um die molekulare Diffusionsleistung und die Auslastungsrate der Porenkanäle zu verbessern. Der Diffusionsweg des kleinkornigen oder nanomolekularen Siebs ist kürzer als der des großkornigen Molekülsiebs, die Auslastungsrate des Porenkanals wird erheblich verbessert und die katalytische Aktivität wird ebenfalls reduziert. Es gibt Verbesserungen. (2) Mehrstufige Porenverbindung Die meisten bisher berichteten mesoporösen Materialien weisen Schwächen wie schlechte thermische Stabilität, fehlende Oberflächensäurezentren mit einer bestimmten Festigkeit und einen leichten Verlust von Säurezentren auf. Der Hauptgrund ist, dass obwohl die oben genannten Materialien mesoporöse Kanäle geordnet sind, ihr Skelett eine amorphe Struktur aufweist. Obwohl Zeolith-Molekularsiebe eine gute strukturelle Stabilität und starke Säurezentren besitzen, gibt es Einschränkungen in der molekularen Diffusion, die ihre katalytische Aktivität und Selektivität beeinflussen. Die mikroporösen, mesoporösen oder makroporösen hierarchischen porösen Verbundstoffe sollen die Vorteile beider kombinieren und ihre Vorteile in praktischen Anwendungen entfalten. Hierarchische Poren-Zeolith-Molekularsiebe werden voraussichtlich in einigen größeren molekularen katalytischen Reaktionen und Flüssigkeitsphasenkatalytischen Reaktionen eingesetzt. (3) Kokristall-Molekülsieb Die katalytische Natur der kokristallinen Molekularsiebe ist tatsächlich die feine Anpassung von Poren und Säure, was eine Möglichkeit ist, die Leistung von Katalysatoren zu verbessern. Die katalytische Leistung kristalliner Molekularsiebe wurde erheblich verbessert. Wenn beispielsweise ZSM-5/ZSM-11 (MFI/MEL) kokristalline Molekularsiebe in der MTG-Reaktion verwendet werden, können Benzinkomponenten in einem großen Bereich angepasst werden. (4) Oberflächenmodifikation des molekularen Siebs und Verbesserung seiner hydrothermalen Stabilität Thermische und hydrothermale Stabilität sind eine der wichtigen Eigenschaften molekularer Siebkatalysatoren, die untersucht werden müssen. Viele industrielle katalytische Reaktionen erfordern eine hohe thermische Stabilität der Katalysatoren, insbesondere die hydrothermale Stabilität. Sie bestimmen oft die Lebensdauer von Katalysatoren und die Auswahl der Reaktionsprozesse. Schlüssel. Nehmen wir die katalytische Crackreaktion 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 wird und Rahmenheteroatome eingeführt werden.
Katalytische Eigenschaften molekularer Siebe
(1) Aktivitätsanforderungen für die katalytische Reaktion Große spezifische Oberfläche, gleichmäßige Porenverteilung, verstellbare 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 Geräte und leicht von Reaktionsprodukten zu trennen, entstehen im Produktionsprozess praktisch keine "drei Abfälle", und der Abfallkatalysator ist leicht zu handhaben und verschmutzt die Umwelt nicht. Zum Beispiel umfasst das Forschungssystem der formselektiven Katalyse nahezu die gesamte Umwandlung und Synthese von Kohlenwasserstoffen sowie die katalytische Umwandlung von Alkoholen und anderen Stickstoff, Sauerstoff, schwefelhaltigen organischen Verbindungen und Biomasse, die Grundlagenforschung, angewandte Forschung und Industrie sind. Die Entwicklung hat ein riesiges Feld eröffnet. Einige Übergangsmetall-haltige Zeolith-Molekularsiebe werden nicht nur in traditionellen Säure-Basen-Katalysesystemen verwendet, sondern auch in Oxidationsreduktionskatalyseprozessen. (2) Effiziente Katalyse von Zeolith-Molekülsiebungen Für Zeolith-Molekularsiebe, die in der industriellen Katalyse verwendet werden, ist hohe Leistung die Grundanforderung und das Ziel. Die Art und Anzahl der aktiven Zentren katalytischer Materialien sowie die Diffusionsleistung der Mikroporen sind die intrinsischen Faktoren, die ihre katalytische Aktivität beeinflussen. Die katalytische Selektivität steht in engem Zusammenhang mit der Formselektivität der Mikroporenkanäle, dem Auftreten von Seitenreaktionen und der Diffusionsgeschwindigkeit jedes Reaktionsmoleküls. Die Lebensdauer war schon immer ein wichtiger Indikator zur Messung der Leistung katalytischer Materialien. Das ewige Thema des Prozesses. Unter der Annahme, dass die Katalysatoraktivität die Anforderungen erfüllt, kann der deaktivierte Katalysator leicht regeneriert werden und die Struktur wiederhergestellt werden kann, das heißt, er kann wiederholt regeneriert werden, und dann mit einem geeigneten Reaktionsprozess der Zweck erreicht werden, die Lebensdauer des Katalysators zu verlängern. Daher stellt hohe Leistung nicht nur höhere Anforderungen an Zeolith-Molekülsiebmaterialien, sondern erfordert auch eine mehrskalige Kombination und Koordination von katalytischen Materialien, Reaktionsprozessen und Reaktionstechniksystemen und ermöglicht schließlich Katalysatoren eine hohe Leistung in industriellen Anwendungen.
Molekular-Sieb-Katalysator | Klassifikation molekularer Siebkatalysatoren
Molekular-Sieb-Katalysator Molekulare Siebe werden nach Größe der Poren unterteilt, und es gibt Molekularsiebe kleiner als 2 nm, 2–50 nm und größer als 50 nm, die als mikroporöse, mesoporöse und makroporöse Molekülsiebe bezeichnet werden. Molekulare Siebe lassen sich je nach Porengröße in drei Kategorien einteilen: mikroporöse, mesoporöse und makroporöse molekulare Siebe. Mikroporöse Molekularsiebe haben die Vorteile einer hohen Säuregehalt, hoher hydrothermischer Stabilität und einer speziellen "formselektiven Katalyse"-Leistung, haben aber auch Nachteile wie schmale Porengröße und große Diffusionsresistenz, was ihre Anwendung in makromolekularen katalytischen Reaktionen stark einschränkt. Mesoporöse Molekularsiebe weisen Eigenschaften einer hohen spezifischen Oberfläche, einer großen Adsorptionskapazität und einer großen Porengröße auf, was das Problem des Massentransfers und der Diffusion bis zu einem gewissen Grad lösen kann. Ihre schwache Säuregehalt und 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 mesoporoser und mikroporöser Molekularsiebe kombinieren und unermessliche Anwendungsmöglichkeiten im petrochemischen Bereich bieten.
Was ist ein molekulares Sieb?
Molekulare Siebe, oft Zeolithe oder Zeolith-Molekularsiebe genannt, werden klassisch definiert als "Aluminosilikate mit einer Poren- (Kanal-)Struktur, die von vielen großen Ionen und Wasser besetzt werden kann". Nach der traditionellen Definition sind Molekulare Siebe feste Adsorbentier oder Katalysatoren mit einer einheitlichen Struktur, die Moleküle unterschiedlicher Größe trennen oder selektiv reagieren können. Im engen Sinne sind Molekularsiebe kristalline Silikate oder Aluminosilikate, die durch Silizium-Sauerstoff-Tetraeder oder Aluminium-Sauerstoff-Tetraeder über Sauerstoffbrücken verbunden sind, um ein System von Kanälen und Hohlräumen zu bilden und somit die Eigenschaften von Siebmolekülen aufweisen. Im Grunde lässt sich es in mehrere Typen von A, X, Y, M und ZSM unterteilen, und Forscher ordnen es oft der Kategorie fester Säure zu.