文档介绍：第四章
各类催化剂及其催化作用
沸石(zeolite) 的晶体具有许多大小相同的空腔;空腔之间又有许多直径相同的微孔相连,形成均匀的、尺寸大小为分子直径数量级的孔道;
因不同孔径的沸石就能筛分大小不一的分子,故又得名为分子筛(mo1ecular sieve)。
沸石分子筛:
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
历史:
1756年发现第一个天然沸石-辉沸石
1954年沸石的人工合成工业化
在化学工业中作为吸附剂,广泛用于干燥、净化、或分离气体及液体。
1960年代开始用作催化剂和催化剂载体
常用的有A型、X型、Y型、M型和ZSM型等
用研究工作者第一次发表提出的一个或者几个字母来命名。如A型、X型、Y型、ZSM型等;
用离子交换法制得不同型号的分子筛,以离子命名如NaA (钠A)型、KA (钾A)型、CaA (钙A)型,商业上又用4A、3A、5A的牌号来表示。
用相应的天然沸石矿物名称来命名,如M型又可称为丝光沸石型,Y型又可称为八面沸石型;
当合成分子筛中Si和Al被其他原子取代时,就用取代原子命名,如P-L型就是磷原子取代了L型沸石分子筛中的部分Si。
沸石分子筛的命名:
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
沸石分子筛是结晶硅铝酸盐,其化学组成实验式可表示为: M 2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O
式中,M为金属离子,人工合成时通常为Na开始;n为金属离子的价数,x为SiO2的分子数,也可称SiO2/Al2O3的摩尔比,俗称硅铝比;y为H2O分子的分子数。
也用下式来表示:Mx/n[(AlO2)x (SiO2)y]·zH2O
式中x为铝氧四面体的数目,y为硅氧四面体的数目。
由上式可以看出,每个铝原子和硅原子平均部有两个氧原子,如果M的化合价n=1,则M的原子数等于铝原子数,如果n=2,则M的原于数只是铝原子数的一半。
沸石分子筛的结构:
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
在化学组成和结构上的不同;
而化学组成上最主要的差别则是硅铝比不同
各种沸石分子筛的区别:
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
沸石分子筛的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体,它们通过氧桥相互联结
沸石分子筛构成
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
硅氧四面体和铝氧四面体之间的连接
沸石分子筛构成
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
√
√
×
硅氧四面体和铝氧四面体,它们通过氧桥相互联结成环
环上每一个顶点表示一个硅铝氧四面体(硅铝原子在顶点,氧原子在棱上)。
沸石分子筛构成
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
各种环连接成笼(cage)
沸石分子筛构成
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
各种笼(cage)的分类:笼有多种多样,如六方柱笼、α笼、β笼、γ笼(立方体笼)、八面沸石笼等。
沸石分子筛构成
第二节、分子筛催化剂及其催化作用
γ笼六方棱柱笼八角棱柱笼