单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2006年11月,沸石与新型分子筛材料,1.,引言,分子筛 Molecular sieve,定义：,分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当,的一类物质,特点：,具有,筛分大小不同的流体分子,的能力,沸石 Zeolite,定义：沸石是具有四面体骨架结构的硅铝酸盐,化学式：M,x/n,(AlO,2,),x,(SiO,2,),y,H,2,O,特点：筛分性能 吸附性能 离子交换性能,Fig.Pore size distribution of six materials by BJH method,1756年瑞典矿物学家Cronstedt发现天然硅铝酸盐矿物,1840年Damour首先注意到沸石晶体具有可逆的吸脱水作用,1858年Eichhorn发现天然沸石与土壤一样有离子交换性质,1862年St.Claire-Deville首次用水热方法合成了插晶菱沸石,1930年Taylor和Pauling用X射线方法测定了第一个沸石晶体结构,1932年McBain最早提出了“分子筛”这个专用名词,20世纪30,40年代英国科学家Barrer在沸石的吸附和水热合成方面进行,了大量引人注目的开创性研究，对已知的沸石按其对不,同尺寸分子,分能力进行了系统的分类,1948年Barrer首次报道了天然丝光沸石的人工合成,1949,1954,年间Milton和Breck研制了一系列有工业应用价值的沸石，称,之为Linde A，X和Y型沸石,沸石,分子筛的发展历史,1959年UCC公司首次推出名为Isosiv的正异构烷烃分离工艺,1962年Mobil Oil公司将合成X型沸石用于制造催化裂化催化剂,1967,1969,年Mobil Oil公司发明了制备高硅,和ZSM-5,沸石的方法,1982年Wilson等报道了AlPO,4,分子筛的研究，随后又介绍了与其相似的,SAPO、MeAPO、MeAPSO、ElAPO、ElAPSO分子筛,1983年Taramasso成功合成了钛硅分子筛，称为TS-1,1988年Davis成功合成了具有十八元环的VIP-5分子筛,20世纪90,年代Estermann和徐如人分别报道了两种新的具有二十元环的,超大孔Cloverite和JDF-20分子筛,1992年Kresge用表面活性剂合成了一系列全新的MCM介孔分子筛,第一代分子筛：Si/Al,10,A型 X型 Y型 L型,型 丝光沸石 毛沸石,特点：低、中硅铝比，笼状孔道结构为主,第二代分子筛：高硅三维交叉直通道，以 ZSM 系列为代表,意义：独特的孔径和孔道，异常显著的择形效果，,使有机反应的分子工程设计成为可能,第三代分子筛：非硅铝骨架的磷酸铝系列分子筛,意义：其科学价值在于给人们以启示，根据结晶的化学原理和,已知氧化物沸石的晶体化学知识，只要条件合适，其它,非硅铝元素也可以形成具有类似硅铝分子筛的结构,Table:The classification and designation for the zeolites,代表性沸石,代 号,孔道体系,维 数,孔径/nm,Linde A,LTA,8-8-8,3,0.41,菱沸石,CHA,8-8-8,3,0.38,0.38,毛沸石,ERI,8-8,3,0.36,0.51,ZSM-23,MTT,10,1,0.45,0.52,ZSM-48,10,1,0.53,0.56,镁碱沸石,FER,10-8,2,0.43,0.55,ZSM-5,MFI,10-10,3,0.53,0.56,ZSM-11,MEL,10-10,3,0.58,0.54,ZSM-12,MTW,12,1,0.55,0.59,Linde L,LTL,12,1,0.71,丝光沸石,MOR,12-8,2,0.65,0.70,菱钾沸石,OFF,12-8-8,3,0.67,八面沸石,FAU,12-12-12,3,0.74,AlPO,4,-8,AET,14,1,0.79,0.87,VPI-5,VFI,18,1,1.21,三叶沸石,CLO,20-20-20,3,1.32,0.40,JDF-20,20-10-8,3,1.45,0.62,沸石,分子筛的分类及代号,Table:Common,trade and patented names,of materials associated with the MFI topology,AMS-1B,TS-1,AZ-1,TSZ,BOR-C,TSZ-III,BoraliteC,TZ-01,Encilite,USC-4,FZ-1,LZ-105,USI-108,NU-4,ZBH,NU-5,ZKQ-1B,ZMQ-TB,ZSM-5,Silicalite,传统领域：,(a)吸附材料：用于工业与环境上的分离、净化和干燥,(b)催化材料：用于石油加工、石油化工、煤化工、精细化工,(c)离子交换材料：用于洗涤剂工业，矿厂与放射性废液及废物处理,在高新技术和先进材料方面的应用：,(a)微电子学中的微型器件：分子线路、光晶体管分子开关、传感器、,光储存器等，大规模集成电路中具有低介电常数的多孔材料,(b)染料-沸石材料复合体作为微型激光器,(c)在生物和医药领域中应用于酶和蛋白质的固定和分离,(d)细胞/DNA的分离以用于构建生物微芯片,(e)用于新型储能材料,(f)制备导电高分子材料,(g)微反应器,用途和市场,Table:The global consumption of the major zeolites and their profits,工艺过程,催化裂化,加氢裂化,异构化,装置数目/套,450,115,160,处理量/Mt,a,1,600,100,40,催化剂装填量/t,100000,16000,3000,沸石催化剂装填量/t,100000,11000,1200,沸石催化剂消耗量/t,a,1,300000,3000,120,沸石催化剂费用/百万美元,a,1,600,90,生产利润/百万美元,a,1,40000,5500,300,沸石分子筛的年消耗量：合成沸石：1Mt/a,天然沸石：0.1Mt/a,沸石分子筛的年销售额：,总销售额约13亿美元，其中催化剂占7.5亿美元,。