分子筛的定义
分子筛是由结晶硅酸盐(硅铝酸钠和硅铝酸钙)组成的一类吸附剂。通过加热除去结晶水,在晶格内即遗漏下分子尺寸大小的孔穴。这些空穴有均匀的尺寸并容许小分子进入晶体,但大分子不能进入。这种筛分作用解释了它为什么能用作气体和液体的很有效的干燥剂。这类分子筛的孔径随着构成晶格的阳离子的变化可以得到修饰(在一定范围内)。
分子筛的分类
按硅铝比分为A型、X型、Y型等分子筛。通式为:MO.Al2O3.xSiO2.yH2O,其中M代表K、Na、Ca等。习惯上:
a. SiO2/Al2O3摩尔比:2.2~3.0 叫X型分子筛。
b. SiO2/Al2O3摩尔比:>3.0叫Y型分子筛。
c. A型分子筛的硅铝比接近1:1。
商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类,如3A型、4A型、5A型分子筛。
a.4A型即孔径4A。
b.含Na+的A型分子筛记作Na-A,若其中Na+被K+置换,孔径约为3A,即为3A型分子筛;
c.如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径约为5A,即为5A型分子筛。Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径约为5A,即为5A型分子筛。
l 3A型分子筛
结晶型硅铝酸钾,孔径大约是0.3nm。这种分子筛适合于干燥液体,如丙酮、乙腈、甲醇、乙醇和2-丙醇,还可以干燥气体,如乙炔、二氧化碳、氨气、丙烯和丁二烯。这种物质供应颗粒状或小片粒状。
l 4A型分子筛
结晶型硅铝酸钠,孔径大约是0.4nm,因而除水外,可以吸附乙烷分子(但不能吸收丁烷)。这种类型的分子筛适合于干燥氯仿、二氯甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、吡啶和二异丙醚。还可用于低压空气的干燥。这种物质的供应方式是颗粒状、片粒状或粉末状。
l 5A型分子筛
结晶型硅铝酸钙,孔径大约是0.5nm,这种分子筛能比4A分子筛吸附更大的分子。例如,除上面提到的物质,还有丙烷、丁烷、己烷、高级正烯烃、正丁醇和更高级的伯醇,环丙烷能被吸附,但带有支链的C6的烃类、环烃如苯和环己烷、或仲醇和叔醇,四氯化碳或三氟化硼等不能被吸附。尽管有机液体如四氢呋喃和二氧六环也能用这种分子筛干燥,但此类分子筛通常适用于干燥气体。
l 13X型分子筛
结晶型硅铝酸钠,孔径大约是1nm,除能吸附上述5A型分子筛能吸附的所有物质,它还能吸附许多支链和环状化合物。
应用
l 分子筛不适用于强酸,但在pH值为5—11范围内都是稳定的。
l 在纯化方面主要应用于:
1. 干燥含有痕量水的气体或液体
2. 高温下干燥气体
3. 从气流内选择性的除去杂质(包含水)。例如:从空气或乙烯中除去二氧化碳;从氮气中除去氧化氮;从乙醚中除去甲醇。通常,二氧化碳、一氧化碳、氨气、硫化氢、硫醇、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷和丙烯都可以在25℃下很容易的除去。混合气体内,极性较大的优先被吸附。
活化再生
分子筛可以通过在300--350℃下(马弗炉)加热几个小时来再生,在干燥的惰性气流下如氮气下或真空下进行更好,接着在干燥器内冷却。
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