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活性氧化鋁、分子篩的應(yīng)用

日期:2019年04月15日 | 21:12 作者：河南銘澤科技 瀏覽:

       活性氧化鋁和分子篩都是具有內(nèi)部空礦孔結(jié)構(gòu)的固體材料，具有很大比表面積、孔道尺寸可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。兩者具備很好的吸附能力，都是工業(yè)生產(chǎn)中常用的吸附劑。那我們就用一篇文章介紹一下活性氧化鋁、分子篩的應(yīng)用。
一、活性氧化鋁的應(yīng)用
       活性氧化鋁(γ-Al₂O₃)是一種多孔性，高分散度的固體物料，具有表面積大、吸咐性能好、表面酸性、熱穩(wěn)定性良好的特點(diǎn)，活性氧化鋁屬于過渡形態(tài)氧化鋁。為粉狀、球狀或柱狀白色固體。其晶體結(jié)構(gòu)不同于工業(yè)氧化鋁。活性氧化鋁屬于四角晶系，晶格與尖晶石的結(jié)構(gòu)十分類似�；钚匝趸�鋁的晶體是無序的，這種無序性主要由鋁原子的無序性來決定，正因?yàn)殇X原子的無序性：控制其制備條件，可制得多種不同比表面積和孔容的活性氧化鋁產(chǎn)品，因此在吸附干燥方面和催化領(lǐng)域中使用最多。

1、活性氧化鋁在吸附干燥方面的應(yīng)用

      活性氧化鋁作為吸附劑的主要的工業(yè)應(yīng)用包括氣體干燥、液體干燥、水質(zhì)凈化、石油工業(yè)的選擇吸附以及色層分離工藝等。
       活性氧化鋁干燥的氣體主要有：乙炔、裂解氣、焦?fàn)t氣、氫氣、氧氣、空氣、乙烷、氯化氫、丙烷、氨氣、乙烯、硫化氫、丙烯、氬氣、甲烷、二氧化硫、二氧化碳、天然氣、氦氣、氮?dú)�、氯氣等�?br />       活性氧化鋁干燥的液體主要有：芳香烴類、高分子烯烴類、汽油、煤油、環(huán)己烷、丙烯、丁烯以及許多鹵化烴類等。這些液體與氧化鋁接觸時(shí)，二者不會(huì)發(fā)生反應(yīng)或聚合，同時(shí)，干燥的液體中不含有容易吸附在氧化鋁表面并且再生時(shí)不易去掉的組分。
       在水質(zhì)凈化吸附方面，活性氧化鋁除主要用于去除飲水中的氟化物外，對(duì)工業(yè)污水顏色及氣味的消除也很有效果。此外，活性氧化鋁在碳水化合物的回收和選擇性吸附及動(dòng)力系統(tǒng)油的養(yǎng)護(hù)中也有普遍應(yīng)用。

2、活性氧化鋁在催化劑及載體的應(yīng)用

 

（1）活性氧化鋁用作催化劑載體，在功能簡(jiǎn)單的催化反應(yīng)中，活性氧化鋁并不直接參與催化過程，其作用是稀釋，支撐和分散貴金屬。活性氧化鋁70%以上是作催化劑載體，除了上述功能外，有的反應(yīng)中，活性氧化鋁還有增強(qiáng)熱穩(wěn)定性，機(jī)械穩(wěn)定性的功能，如汽車尾氣凈化催化劑所用的pd/Al₂O₃，Cu/r-Al₂O₃以及石油裂解反應(yīng)的催化劑都屬于此類型，烯烴加氫反應(yīng)所用的鎳載在活性氧化鋁上的催化劑，其熱穩(wěn)定范圍大于用硅藻土載鎳的催化劑。
（2）用作活性催化劑，活性氧化鋁具有明顯的吸附劑特征，并能活化許多鍵，如H-H鍵，C-H鍵等，因此
在烴類裂化，醇類脫水制醚等反應(yīng)中可直接作為活性催化劑加入反應(yīng)體系中。如乙醇脫水生產(chǎn)乙烯，由于活性氧化鋁表面同時(shí)存在酸性中心和堿性中心。因此活性氧化鋁本身就是一種極好的催化劑。但目前活性氧化鋁直接用作工業(yè)催化劑還不多。
（3）用作活性組分，某些催化反應(yīng)要求催化劑具有雙功能，既要有活性組分提供的活性中心，又要有載體提供的酸、堿中心，如汽油餾分的催化重整反應(yīng)，催化劑的組成由0.35%的pb沉積在表面積為200cm²/g的高純活性氧化鋁上，并加入1%的氯化物提高其酸性。正庚烷的裂化反應(yīng)，選用鈉含量小于50×10^-6的氯化活性氧化鋁，加入1%的氟，其裂化活性達(dá)66%，這是由于活性氧化鋁有四種活性中心存在結(jié)果。因此活性氧化鋁可向多種催化反應(yīng)提供活性組分。
    活性氧化鋁的應(yīng)用主要是以催化劑載體為主，涉足的領(lǐng)域有：有機(jī)化工、石油化工、高分子化學(xué)等，因此，活性氧化鋁 的市場(chǎng)是非常廣泛。
二、分子篩的應(yīng)用
       合成的分子篩材料一般為粉末狀、圓球顆�；蛑鶢�，當(dāng)采用天然礦物作原料或在合成過程中混入雜質(zhì)時(shí)，得到的分子篩產(chǎn)品會(huì)略帶顏色，例如13X分子篩，因其在生產(chǎn)過程加有凹凸棒天然礦物質(zhì)呈現(xiàn)淡黃色。分子篩為多孔材料，具有均勻的孔道分布（這是和活性氧化鋁最根本的區(qū)別）、大比表面積和較大的孔體積等物理性質(zhì)，使得分子篩材料在吸附、分離等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

1、分子篩在吸附分離中的應(yīng)用

微孔分子篩材料應(yīng)用最為廣泛的是硅鋁型沸石分子篩。最早沸石分子篩是以天然礦物的形式被發(fā)現(xiàn)的，其應(yīng)用也只限于吸附、離子交換和氣體分離。例如，A型沸石的孔口直徑為0.4nm（4A分子篩），正好介于O2和N2之間(O₂為0.38nm×0.28nm,N₂為0.4nm×0.32nm)，因此，A型沸石膜對(duì)于空氣中的氮?dú)馀c氧氣分離具有非常好的效果，b軸定向生長(zhǎng)的MFI分子篩更是可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)半徑差值小于0.1nm的二甲苯異構(gòu)體(鄰二甲苯和對(duì)二甲苯)的分離。若將NaCl晶格中的Na⁺和Cl^-全部換成β籠，并將相鄰的β籠用γ籠聯(lián)結(jié)起來就得到A型分子篩的晶體結(jié)構(gòu)。8個(gè)β籠聯(lián)結(jié)后形成一個(gè)方鈉石結(jié)構(gòu)，如用γ籠做橋聯(lián)結(jié)，就得到A型分子篩結(jié)構(gòu)。中心有一個(gè)大的α的籠。α籠之間通道有一個(gè)八元環(huán)窗口，其直徑為4A，故稱4A分子篩。若4A分子篩上70%的Na+為Ca²⁺交換，八元環(huán)可增至5A，對(duì)應(yīng)的沸石稱5A分子篩。反之，若70%的Na⁺為K⁺交換，八元環(huán)孔徑縮小到3A，對(duì)應(yīng)的沸石稱3A分子篩。
2、分子篩在催化反應(yīng)中的應(yīng)用。

自最初Y型沸石在烷烴催化裂化反應(yīng)成功應(yīng)用后，沸石晶體材料在石油煉制、石油化工等領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和廣泛關(guān)注，Y型沸石也成為工業(yè)化的流化催化裂化(FCC)催化劑。通過調(diào)節(jié)骨架鋁含量或采用雜原子Ga、B等對(duì)Al的取代可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分子篩酸密度和酸強(qiáng)度的調(diào)控。硅鋁沸石分子篩作為一類重要的固體酸催化劑，彌補(bǔ)了均相催化反應(yīng)中催化劑和反應(yīng)物不能分離的缺點(diǎn)，已經(jīng)被用在許多酸催化反應(yīng)中，如催化裂化、加氫裂化、異構(gòu)化、甲醇制烯烴(MTO)應(yīng)等。另外，通過將過渡金屬元素引入沸石分子篩骨架中還實(shí)現(xiàn)了其在氧化還原反應(yīng)中的應(yīng)用，最典型的例子是鈦硅分子篩的合成，合成的含鈦分子篩在催化氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出相當(dāng)高的催化活性，如Ts-1、Ti-Beta、Ti-MWW等分子篩已被廣泛地用于苯酚羥化、烯烴環(huán)氧化、烷烴氧化等反應(yīng)。沸石分子篩經(jīng)過Fe³和Cu²⁺交換后可以用來降解汽車和制酸工廠排出的氮氧化物氣體，在環(huán)境保護(hù)和凈化方面顯示出一定的價(jià)值。作為催化劑或催化劑載體，與其他材料相比沸石分子篩有著相對(duì)明顯的優(yōu)勢(shì)：高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性使催化反應(yīng)可以在苛刻的條件下進(jìn)行，規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某種產(chǎn)物的高選擇性，而可調(diào)變的活性中心使其可以應(yīng)用在各類反應(yīng)中。
       介孔分子篩因具有高度有序和均勻分布的孔道結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸調(diào)變范圍較寬(2~5nm)，比表面積大(大于1000m²/g），并且其骨架組分具有多樣性等特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，已成為孔材料研究領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。最初，介孔分子篩主要應(yīng)用于催化反應(yīng)，后究人員又利用其孔道特性不斷拓展，相繼發(fā)展到納米材料和生物吸附分離等領(lǐng)域。近幾研究主要是在以前研究的基礎(chǔ)上，將介孔分子篩改性負(fù)載官能團(tuán)及金屬離子，以應(yīng)用多領(lǐng)域。

        從活性氧化鋁、分子篩的應(yīng)用我們可以清楚的認(rèn)識(shí)到，它們都廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的吸附、干燥、氣體分離，但最重的是它們?cè)诖呋�反�?yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用。所以說兩者作用互補(bǔ)，在化工能源相關(guān)生產(chǎn)中的應(yīng)用有著重要的地位。