分子筛催化剂的性能及应用(二)

1 选择性吸附
    (1)分子筛的孔结构决定了,只有那些直径比较小的分子才能通过沸石孔道而被分子筛吸附,而构型庞大的分子则由于不能进入沸石孔穴而不能被分子筛吸附。
    (2)分子筛阳离子和带负电荷的硅铝骨架本身就是一种极性物质,因此分子筛也可以根据分子的极性,不饱和度及极化率进行吸附。对于非极性分子,随着极化率的增大,分子筛的吸附量增大。而硅胶和活性炭对不饱和分子没有选择性吸附作用。
    2.2分子筛的高效吸附性能
    沸石分子筛对H2O,NH3,CO2等极性分子有很高的亲和力。而且,在低蒸汽压下,分子筛有显著的吸附能力。分子筛是唯一可用的高温吸附剂,在高于200摄氏度的高温下,分子筛仍具有一定的吸附能力,而此时活性氧化铝和硅胶已没有任何吸附作用。
    2.3分子筛的离子交换性能
    分子筛在人工合成时,通常为钠型。但是钠型的分子筛性能不太好。为了改善分子筛的性能,采用离子交换法,用其他阳离子代替钠离子。通过这种离子交换,大大改变了分子筛的性能,并使分子筛成为广泛应用的催化剂。分子筛的阳离子交换一般在水溶液中进行。
    2.4分子筛的催化性能
    分子筛晶体具有均匀的孔结构,很大的表面积,且表面极性很高,分子筛骨架结构的稳定性也很高。这些结构性质,使分子筛不仅成为优良的吸附剂,而且成为良好的催化剂和催化载体。在沸石分子筛结构内部进行催化反应,始于20世纪50年代后期Mobil公司的实验室。该发现标志着分子筛研究的开端。由于分子筛结构中有均匀的小内孔,催化剂反应的选择性常取决于分子与孔径的大小。这种选择性称为择形催化选择性。择形选择催化共有四种不同的形式。
 (1)反应物的择形催化
    反应混合物中的某些能反应的分子,只有直径小于内孔径的分子才能进入内孔,在催化剂部位进行催化反应。反应物的择形催化在炼油工业中已获得多方面的应用,油品分子筛脱蜡,重油加氢裂化等均是。
    (2)产物的择形催化产物混合物中的某些分子过大,难以从分子筛催化剂的内孔中扩散出来,这些未扩散出来的大分子或者异构成线度较小的异构体扩散出来,或者裂解成较小的分子,乃至不断地裂解,脱氢,最终以炭的形式沉积于孔内和孔口,导致催化剂失活。
    (3)过渡状态限制的择形催化
    某些反应需要比较大的空间,才能形成相应的过渡状态,这就构成了限制过渡态的择形催化。ZSM-5催化剂常用这种过渡态选择性的催化反应。可以用它催化的低分子烃类的异构化反应,裂化反应,二甲苯的烷基转移反应等。ZSM-5催化剂可以阻止结焦,具有比其他分子筛或无定形催化剂更长的寿命,这对工业生产十分有利。
    (4)分子交通控制的择形催化在具有两种不同形状和大小的孔道分子筛中,反应物分子可以很容易地通过一种孔道进入到催化剂的活性部位,进行催化反应,而产物分子则从另一孔道扩散出去,尽可能减少逆扩散,从而增大反应速率。择形选择性催化的最大实用价值,在于利用其表征孔结构的不同。这种催化在炼油工艺和石油化工中也有广泛的应用。而不能消除谐振。但中性点经小电阻接地后能快速切除故障线路,过电压持续时间很短,危险性也大为减弱。显然小电阻接地的运行方式,加剧了断路器的负担,现在采用的真空断路器缓解这一问题;且不能保证供电的连续性,但可以通过环网或双电源实现对用户正常供电。

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