一種人工合成的具有篩選分子作用的水合硅鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。其化學通式為(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O,M′、M分別為一價、二價陽離子如K+、Na+和Ca22+、Ba22+等。它在結構上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴,不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開。根據(jù)SiO2和Al2O3的分子比不同,得到不同孔徑的分子篩。其型號有:3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10Z(鈣Z型)、13Z(鈉Z型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。它的吸附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用于有機化工和石油化工,也是煤氣脫水的優(yōu)良吸附劑。在廢氣凈化上也日益受到重視。
按催化性質,分子篩催化劑可以分為以下幾點:
(1) 酸催化劑,利用分子篩的表面酸性進行催化反應。
(2)雙功能催化劑,分子篩可以負載
鉑、
鈀類的金屬,得到兼有金屬催化功能和酸催化功能的雙功能分子篩催化劑。
(3) 擇形催化劑,由于分子篩的催化作用一般發(fā)生在晶體內(nèi)空間,分子篩的孔徑大小和孔道結構對催化活性和選擇性有很大的影響。分子篩具有規(guī)整而均勻的晶內(nèi)孔道,而且孔徑大小接近于分子尺寸,使分子篩的催化性能隨反應物分子、產(chǎn)物分子或反應中間物的幾何尺寸的變化而顯著變化。
沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產(chǎn)生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產(chǎn)生的一種“表面力”,當流體流過時,流體中的一些分子由于做不規(guī)則運動而碰撞到
吸附劑表面,在表面產(chǎn)生分子濃聚,使流體中的這種分子數(shù)目減少,達到分離、清除的目的。
由于吸附不發(fā)生化學變化,只要設法將濃聚在表面的分子趕跑,沸石分子篩就又具有吸附能力,這一過程是吸附的逆過程,叫解析或再生。
由于沸石分子篩孔徑均勻,只有當
分子動力學直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內(nèi)部而被吸附,所以沸石分子篩對于氣體和液體分子就猶如篩子一樣,根據(jù)分子的大小來決定是否被吸附。
由于沸石分子篩晶穴內(nèi)還有著較強的
極性,能與含極性基團的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強的作用,或是通過誘導使可極化的分子極化從而產(chǎn)生強吸附。
這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現(xiàn)出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。