Структура и свойства молекулярных сит
Молекулярные сита (1) Контроль размера и формы зерен Размер пор большинства молекулярных сит цеолита составляет менее 1 нм. Когда малые молекулярные органические вещества вступают в реакцию в порах цеолита, диффузия будет ограничена в определенной степени, что повлияет на использование пор и каталитические характеристики. Уменьшение размера зерна и изменение формы зерна является средством улучшения эффективности молекулярной диффузии и коэффициента использования поровых каналов. Путь диффузии мелкозернистого или наномолекулярного сита короче, чем у молекулярного сита с большим зерном, скорость использования порового канала будет значительно улучшена, а каталитическая активность также будет снижена. Есть улучшения. (2) Многоуровневое поровое соединение Большинство мезопористых материалов, о которых сообщалось до сих пор, имеют такие недостатки, как плохая термическая стабильность, отсутствие поверхностных кислотных центров с определенной прочностью и легкая потеря кислотных центров. Основная причина заключается в том, что хотя вышеуказанные материалы имеют упорядоченные мезопористые каналы, их скелет представляет собой аморфную структуру. Хотя цеолитные молекулярные сита имеют хорошую структурную стабильность и сильные кислотные центры, существуют ограничения в молекулярной диффузии, которые влияют на их каталитическую активность и селективность. Ожидается, что микропористые и мезопористые или макропористые иерархические пористые композиты будут сочетать в себе преимущества обоих и использовать свои преимущества в практическом применении. Ожидается, что иерархические поровые цеолитные молекулярные сита будут использоваться в некоторых более крупных молекулярных каталитических реакциях и жидкофазных каталитических реакциях. (3) Сокристаллическое молекулярное сито Каталитическая природа сокристаллических молекулярных сит фактически представляет собой тонкую регулировку пор и кислотности, что является средством улучшения характеристик катализаторов. Каталитические характеристики кристаллических молекулярных сит были значительно улучшены. Например, когда в реакции МТГ используются сокристаллические молекулярные сита ZSM-5/ZSM-11 (MFI/MEL), компоненты бензина могут регулироваться в широком диапазоне. (4) Модификация поверхности молекулярного сита и улучшение его гидротермальной стабильности Термическая стабильность и гидротермальная стабильность являются одними из важных свойств исследуемых катализаторов молекулярного сита. Многие промышленные каталитические реакции требуют высокой термической стабильности катализаторов, особенно гидротермальной стабильности. Они часто определяют срок службы катализаторов и выбор реакционных процессов. ключ. Взяв в качестве примера реакцию каталитического крекинга ХТЭ, поскольку реакцию проводят в состоянии пара, улучшение гидротермической стабильности катализатора является ключом к разработке катализаторов ХТЭ. Результаты показывают, что стабильность активного центра каталитического материала под водяным паром может быть улучшена путем сборки и модификации каталитического активного центра пористого материала соединениями оксида фосфора и введения каркасных гетероатомов.
Каталитические свойства молекулярных сит
1) Требования к активности для каталитической реакции: большая удельная площадь поверхности, равномерное распределение пор, регулируемый размер пор, хороший выбор формы для реагентов и продуктов; стабильная структура, высокая механическая прочность, высокая термостойкость (400 ~ 600 °C), хорошая термическая стабильность, после активации и регенерации многоразовая; не подвержен коррозии оборудованию и легко отделяется от продуктов реакции, в основном в процессе производства не образуются «три отхода», а катализатор отходов прост в обращении и не загрязняет окружающую среду. Например, исследовательская система форм-селективного катализа включает в себя практически все конверсии и синтеза углеводородов, а также каталитическую конверсию спиртов и других азотных, кислородных, серосодержащих органических соединений и биомассы, которые являются фундаментальными исследованиями, прикладными исследованиями и промышленными. Разработка открыла обширную область. Некоторые переходные металлосодержащие цеолитные молекулярные сита используются не только в традиционных кислотно-щелочных катализных системах, но и в процессах окислительно-восстановительного катализа. (2) Эффективный катализ молекулярных сит цеолита Для цеолитных молекулярных сит, используемых в промышленном катализе, высокая производительность является основным требованием и целью. Тип и количество активных центров каталитических материалов и диффузионные характеристики микропор являются внутренними факторами, влияющими на их каталитическую активность. Каталитическая селективность тесно связана с селективностью формы микропоровых каналов, возникновением побочных реакций и скоростью диффузии каждой реакционной молекулы. Срок службы всегда был важным показателем для измерения производительности каталитических материалов. Вечная тема процесса. Исходя из того, что активность катализатора отвечает требованиям, если дезактивированный катализатор легко регенерируется и структура может быть восстановлена, то есть он может быть регенерирован повторно, а затем с помощью подходящего реакционного процесса может быть достигнута цель продления срока службы катализатора. Таким образом, высокая производительность не только выдвигает более высокие требования к цеолитным материалам молекулярного сита, но и требует многомасштабного сочетания и координации каталитических материалов, реакционных процессов и систем реакционной инженерии и, наконец, позволяет катализаторам достигать высокой производительности в промышленных приложениях.
| катализатора молекулярного сита Классификация катализаторов молекулярного сита
Молекулярные сита разделены в соответствии с размером пор, и есть молекулярные сита размером менее 2 нм, 2-50 нм и более 50 нм, которые называются микропористыми, мезопористыми и макропористыми молекулярными ситами соответственно. Молекулярные сита можно разделить на три категории в зависимости от размера пор: микропористые, мезопористые и макропористые молекулярные сита. Микропористые молекулярные сита имеют преимущества сильной кислотности, высокой гидротермальной стабильности и специальной производительности «форм-селективного катализа», но они также имеют недостатки, такие как узкий размер пор и большая диффузионная стойкость, которые значительно ограничивают их применение в макромолекулярных каталитических реакциях. Мезопористые молекулярные сита обладают характеристиками высокой удельной площади поверхности, большой адсорбционной емкости и большого размера пор, что в определенной степени позволяет решить проблему массопереноса и диффузии. Однако их слабая кислотность и плохая гидротермальная стабильность ограничивают их промышленное применение. Для решения вышеуказанных задач исследователи разработали иерархические пористые молекулярные сита, которые сочетают в себе преимущества мезопористых и микропористых молекулярных сит и имеют неизмеримые перспективы применения в нефтехимической области.
какое молекулярное сито?
Молекулярные сита, часто называемые цеолитами или цеолитовыми молекулярными ситами, классически определяются как «алюмосиликаты с структурой пор (канала), которая может быть занята многими крупными ионами и водой». Согласно традиционному определению, молекулярные сита представляют собой твердые адсорбенты или катализаторы с однородной структурой, которые могут разделять или избирательно реагировать молекулы разных размеров. В узком смысле молекулярные сита представляют собой кристаллические силикаты или алюмосиликаты, которые соединяются кремниево-кислородными тетраэдрами или алюминиево-кислородными тетраэдрами через кислородные мостики с образованием системы каналов и пустот, таким образом, имеющих характеристики просеивающих молекул. В принципе, его можно разделить на несколько типов A, X, Y, M и ZSM, и исследователи часто относят его к категории твердых кислот.
В чем разница между цеолитом и молекулярным ситом?
Цеолит, молекулярное сито, цеолитовое молекулярное сито, эти слова легко перепутать, сегодня мы поговорим о разнице между ними: цеолит – это лишь один вид молекулярного сита. Поскольку цеолит является наиболее представительным среди молекулярных сит, термины «цеолит» и «молекулярное сито» легко путаются новичками. Молекулярные сита представляют собой кристаллические силикаты или алюмосиликаты, состоящие из кремний-кислородных тетраэдров или алюминиево-кислородных тетраэдров, соединенных кислородными мостиками с образованием молекулярного размера (обычно от 0,3 нм до 2,0 нм) канала и полостной системы, чтобы иметь характеристики просеивающих молекул. Молекулярное сито представляет собой кристалл порошка с металлическим блеском, твердость 3-5, а относительная плотность 2-2,8. В то время как природный цеолит имеет цвет, синтетический цеолит белый, нерастворимый в воде, термическая стабильность и кислотостойкость увеличиваются с увеличением соотношения состава SiO2 / Al2O3. Основное различие между ними заключается в использовании. Цеолит, как правило, натуральный, с различными размерами пор. Пока есть полости, он может предотвратить столкновение; в то время как функции молекулярных сит гораздо более продвинуты, такие как скрининг молекул, создание катализаторов и катализаторов с медленным высвобождением. и т.д., поэтому существуют определенные требования к диафрагме, и они часто искусственно синтезируются. Я не знаю, есть ли у вас более глубокое понимание взаимосвязи между цеолитом и молекулярными ситами в сегодняшнем объяснении.
Способ и особенности приготовления цеолитового молекулярного сита из природной кремнеземно-глинистой глины
Молекулярное сито цеолита представляет собой разновидность кристалла алюмосиликата с правильной поровой структурой, которая широко используется в газоадсорбционной сепарации, промышленном катализе, контроле загрязнения ионами тяжелых металлов и других областях. Гидротермальный синтез традиционных цеолитовых молекулярных сит часто использует в качестве сырья химические продукты, содержащие кремний и алюминий, и органические шаблоны, что не только дорого, но и загрязняет окружающую среду. В последние годы, с популяризацией концепции «зеленой химической промышленности», природные кремнеземно-глинистые глины, такие как каолин, монтмориллонит, ректорат и иллит, имеют преимущества обильных запасов и низкой цены. Он показал большой потенциал, и его методы синтеза в основном включают семенной метод, паровой твердофазный метод и метод без растворителей. 1. Посевной метод Поскольку Holmes et al. сообщили о производстве молекулярного сита высокой чистоты ZSM-5 с природным каолином в качестве источника кремния и коммерческим молекулярным ситом в качестве затравочного кристалла, метод затравочного кристалла может значительно сократить период индукции синтеза, ингибировать образование и регуляцию гетерокристаллов. Отличные эффекты, такие как размер зерна, а также характеристики процесса зеленого синтеза, простое и удобное управление, отсутствие органического шаблонного агента для синтеза и значительное снижение себестоимости производства, теперь стали одним из репрезентативных маршрутов для зеленого синтеза молекулярных сит цеолита. Механизм синтеза цеолитных молекулярных сит на глинистой основе затравочными кристаллами тяготеет к механизму синтеза жидкой фазы, то есть семена цеолита частично растворяются на ранней стадии кристаллизации с образованием мелких фрагментов с первичной узловой структурой цеолитных молекулярных сит; в то же время они активируются природной кремнеземно-глиной Генерируемые активные виды кремнезема-глинозема растворяются-поликонденсируются с образованием алюмосиликатного геля, который будет постепенно обволакивать фрагменты затравочного кристалла и кристаллизоваться под структурным руководством затравочного кристалла, образуя структуру оболочки с затравочным кристаллом в качестве ядра. С продлением времени кристаллизации аморфный алюминатный гель постепенно генерирует первичные структурные единицы молекулярного сита, которые осаждаются от оболочки к ядру путем конденсации-полимеризации и, наконец, преобразуют активные геоминеральные полимеры, образованные деполимеризацией глины. Станьте цеолитным молекулярным ситом. 2. Твердофазный способ синтеза Особенностью данной технологии является то, что сырье для синтеза цеолитного молекулярного сита помещают в паровую фазу реакционного растворителя и структуро-направляющего агента для кристаллизационного синтеза с помощью спейсера. По сравнению с традиционным процессом гидротермального синтеза, твердофазная система синтеза широко использовалась исследователями в последние годы для ZSM-5, в синтезе цеолитов, таких как SSZ-13 и SAPO-34. Процесс кристаллизации природных цеолитных сит на основе кремнеземно-глинистой глины, полученных по технологии твердофазного синтеза, больше соответствует двухфазному механизму кристаллизации между твердофазным и жидкофазным синтезом. То есть на начальной стадии кристаллизации твердофазных синтетических цеолитных молекулярных сит природная кремнеземно-глина растворяется под двойным действием водяного пара и сильных щелочных гидроксидных ионов, прикрепленных к поверхности твердого сырья, и образуются активные кремниевые и алюминиевые породы. , и взял на себя ведущую роль в кристаллизации в цеолиты молекулярного сита кристаллитов. С продлением времени кристаллизации кристаллиты цеолита поглощают более активные виды кремния и алюминия из своего окружения и постепенно растут по механизму Освальда под действием Na+ и структурообразующих агентов. В паровой среде массообмен и теплообмен активных пород кремния и алюминия в окружающей среде кристаллического ядра значительно увеличивается, что не только снижает активность поверхности геополимера, но и делает органический шаблон легко прикрепляемым к поверхности твердого сырья. Он также способствует дальнейшей деполимеризации и перегруппировке геоминеральных полимеров, тем самым ускоряя скорость роста кристаллов. Хотя получение цеолитных сит на глинистой основе по технологии твердофазного синтеза преодолевает характеристики зеленого синтеза большого количества синтетических растворителей, фактическая операция синтеза слишком громоздка, давление в системе слишком велико при кристаллизации, а продукты синтеза смешиваются. Ряд практических проблем до сих пор не может быть применен в промышленности. 3. Безрастворительный метод В целях преодоления проблем большого количества сброса щелочного раствора с целью загрязнения окружающей среды, низкого выхода на чайник и высокого давления системы синтеза за счет использования растворительной воды в традиционном синтезе цеолитных молекулярных сит возникла технология бессольвентного синтеза цеолитных молекулярных сит на глинистой основе. Поскольку бессрастворительный синтез молекулярного сита цеолита относится к взаимодействию между твердым и твердым состоянием, в процесс синтеза не добавляется растворитель, поэтому проблема разряда растворителя и давления синтеза, вызванного производством цеолита, полностью устраняется. В настоящее время считается, что синтез без растворителей молекулярных сит цеолита на основе глины следует твердому механизму фазового перехода. То есть в процессе кристаллизации цеолита он проходит четыре стадии диффузии, реакции, нуклеации и роста. Отличие от гидротермального синтеза затравочных кристаллов и парового твердофазного синтеза заключается в том, что в процессе синтеза без растворителей молекулярных сит цеолита не происходит ни растворения твердофазного сырья, ни прямого вовлечения жидкой фазы в зарождение молекулярного сита и рост кристаллов. В процессе синтеза цеолита удлинение времени измельчения и увеличение прочности измельчения может не только увеличить вероятность межмолекулярного контакта, что способствует спонтанной диффузии молекул, но и увеличить поверхностную свободную энергию компонентов реакции, тем самым увеличив общую свободную энергию синтеза цеолита. Цель. В процессе кристаллизации, в зависимости от обильных пустот и различий градиентов концентрации между фазовыми границами раздела, активные кремниевые и алюминиевые породы, образующиеся при активации и деполимеризации природных кремнико-глиноземистых глин, полимеризуются, постепенно образуя первичное «кристаллическое ядро», а затем непрерывно поликонденсация, конденсация образуются и, наконец, объединяются в монокристаллы молекулярного сита.