1. ¿Qué es el tamiz molecular de zeolita?
El tamiz molecular de zeolita tiene la estructura y características de un cristal, con un esqueleto sólido en la superficie y poros en su interior que pueden adsorber moléculas. Hay canales que conectan los agujeros y las moléculas pasan a través de los canales. Debido a la naturaleza cristalina de los poros, los tamices moleculares tienen una distribución de tamaño de poro muy uniforme. Los tamices moleculares adsorben selectivamente moléculas en función del tamaño de los poros dentro de sus cristales, es decir, adsorben moléculas de cierto tamaño y rechazan moléculas de sustancias más grandes, por lo que se les llama vívidamente "tamices moleculares".
La función de adsorción o repulsión de los tamices moleculares se ve afectada por las propiedades eléctricas de las moléculas. Las zeolitas sintéticas tienen la función especial de adsorción selectiva basada en el tamaño y la polaridad de las moléculas, por lo que pueden secar o purificar gases o líquidos. Esta es también la base para la separación por tamiz molecular. Las zeolitas sintéticas pueden satisfacer las amplias necesidades de la industria de productos con propiedades selectivas y de adsorción. Los tamices moleculares de zeolita sintética también se utilizan ampliamente en separaciones industriales. Las ventajas de los tamices moleculares UOP
Desde que los científicos de la UCC inventaron la primera generación de tamices moleculares sintéticos a finales de la década de 1940, la tecnología de tamices moleculares de UOP ha avanzado rápidamente. Hoy en día, los tamices moleculares de UOP son reconocidos por su alta eficiencia, bajo consumo y confiabilidad.
Con la alta capacidad de adsorción de los tamices moleculares UOP, los usuarios pueden reducir el volumen de carga de los tamices moleculares y extender el ciclo de adsorción. Más importante aún, con esta ventaja, los usuarios pueden reducir significativamente su inversión y costos operativos, y. reducir el consumo de energía. Esto se nota especialmente hoy en día, cuando la energía se vuelve cada vez más tensa.
La alta confiabilidad hace que los usuarios ya no tengan que preocuparse por estacionamientos inesperados. Esta es la confianza que les brinda el tamiz molecular UOP.
Los tamices moleculares tradicionales se pueden utilizar como desecantes, adsorbentes e intercambiadores de iones. UOP también proporciona tamices moleculares de la serie de zeolitas con alto contenido de sílice para aplicaciones no tradicionales, incluida la eliminación de organismos que afectan el sabor o causan el olor. Alimentos y bebidas. Tamices moleculares.
2. Diagramas estructurales de dos tamices moleculares de zeolita comúnmente utilizados
La adsorción de los tamices moleculares de zeolita tiene dos características:
(1) La polaridad de Lewis centro en la superficie Muy fuerte;
(2) El tamaño de la jaula o canal en la zeolita es muy pequeño, lo que hace que el campo gravitacional en su interior sea muy fuerte. Por tanto, su capacidad de adsorción de moléculas de adsorbato es mucho mayor que la de otro tipo de adsorbentes. Incluso si la presión parcial (o concentración) del adsorbato es muy baja, la cantidad de adsorción sigue siendo considerable. El efecto de adsorción y separación de los tamices moleculares de zeolita no solo está relacionado con el tamaño y la forma de las moléculas de adsorbato, sino también con su polaridad. Por lo tanto, los tamices moleculares de zeolita también se pueden utilizar para moléculas de sustancias con tamaños similares. Tamiz molecular de zeolita tipo A
Tamiz molecular de zeolita tipo B
¿Tamiz molecular de tipo A?
Una estructura cristalina cúbica similar al NaCl. Si todo el Na+ y el Cl- en la red de NaCl se reemplazan por jaulas β y las jaulas β adyacentes se conectan con jaulas γ, se puede obtener la estructura cristalina del tamiz molecular tipo A. Se conectan ocho jaulas β para formar una estructura de sodalita. Si se utiliza una jaula γ como conexión de puente, se obtiene una estructura de tamiz molecular de tipo A. Hay una gran jaula α en el centro. Hay una ventana anular de ocho miembros en el canal entre las jaulas α con un diámetro de 4?, por lo que se llama tamiz molecular 4A.
Si el 70% de los iones de sodio en el tamiz molecular 4A son intercambiados por Ca2+, el anillo de ocho miembros se puede aumentar a 5?, y la zeolita correspondiente se llama tamiz molecular 5A. Por el contrario, si se intercambia el 70% de Na+ por K+, el tamaño de poro del anillo de ocho miembros se reduce a 3Å, y la zeolita correspondiente se denomina tamiz molecular 3A.
Los tamices moleculares tipo X e Y tienen una estructura cristalina hexagonal compacta similar al diamante. Si se utilizan jaulas β como unidad estructural, los nodos de átomos de carbono del diamante se reemplazan y dos jaulas β adyacentes se conectan con jaulas cilíndricas hexagonales, es decir, se usan 4 jaulas cilíndricas hexagonales para conectar 5 jaulas β entre sí, y una jaula β La jaula está en el centro, las cuatro jaulas β restantes están ubicadas en los vértices del tetraedro regular, formando una estructura cristalina de zeolita octaédrica.
Continúe conectándose con esta estructura para obtener estructuras de tamiz molecular de tipo X y tipo Y. En esta estructura, la jaula grande formada por la jaula β y la jaula de columna hexagonal es una jaula de zeolita faujasita, y las ventanas conectadas entre ellas son anillos de doce miembros, y su diámetro de poro efectivo promedio es de 0,74 nm. tipo y tipo Y El tamaño de poro de los tamices moleculares. La principal diferencia entre estos dos modelos es la relación Si/Al, que es de 1~1,5 para el tipo X y de 1,5~3,0 para el tipo Y.
¿Tamiz molecular tipo mordenita?
La estructura de esta zeolita no tiene jaula sino una estructura en capas. La estructura contiene una gran cantidad de anillos de cinco miembros, que están conectados en pares. Cada par de anillos de cinco miembros está conectado a otro par a través de un puente de oxígeno.
La unión forma un anillo de cuatro miembros. Esta unidad estructural está además conectada para formar una estructura en capas. Hay anillos de ocho miembros y anillos de doce miembros en la capa. Este último tiene forma ovalada con un diámetro promedio de 0,74 nm y es el canal principal de mordenita. Este tipo de canal es unidimensional, es decir, un canal recto. ?
¿Zeolita con alto contenido de sílice tipo ZSM (Zeolite Socony Mobil) tamiz molecular?
Existe una serie de este tipo de zeolita, la más utilizada es la ZSM-5, y las que con la misma estructura son ZSM-8 y ZSM-11, el otro grupo es ZSM-21, ZSM-35 y ZSM-38, etc. La ZSM-5 a menudo se denomina zeolita con alto contenido de sílice. Su relación Si/Al puede llegar a más de 50, y la ZSM-8 puede llegar a 100. Este grupo de tamices moleculares también muestra características hidrófobas. Sus unidades estructurales son similares a la mordenita, constituidas por pares de anillos de cinco miembros, sin cavidades en forma de jaula, solo canales. ZSM-5 tiene dos conjuntos de canales que se cruzan, uno recto y el otro en forma de zigzag y perpendiculares entre sí, ambos formados por anillos de diez miembros. El canal tiene forma elíptica y el diámetro de su ventana es (0,55-0,60) nm. Las zeolitas que pertenecen al grupo con alto contenido de sílice también incluyen el tipo Silicalite-1 totalmente de sílice, que tiene la misma estructura que ZSM-5, y Silicalite-2 es la misma que ZSM-11.
3. El mecanismo de acción de los tamices moleculares de zeolita
Los tamices moleculares tienen una distribución de poros clara, una superficie interna extremadamente alta (600 m2/s), buena estabilidad térmica (1000 ℃), y puede centro ácido modulado. La acidez de los tamices moleculares proviene principalmente de los tres átomos de aluminio e iones de aluminio (AlO)+ coordinados en la estructura y en los poros. El grupo OH en el tamiz molecular HY obtenido mediante intercambio iónico muestra un centro de sitio ácido, y los iones de aluminio fuera de la estructura fortalecerán el sitio ácido para formar un centro de sitio ácido L. Los cationes multivalentes como Ca2+, Mg2+, La3+ pueden presentar sitios ácidos después del intercambio. La reducción de iones de metales de transición como Cu2+ y Ag+ también puede formar centros de sitios ácidos. En términos generales, cuanto mayor es la relación Al/Si, mayor es la actividad específica de los grupos OH. La modulación de la acidez de los tamices moleculares puede introducir protones mediante intercambio directo con ácido clorhídrico diluido. Porque este método a menudo da como resultado la desaluminación del esqueleto del tamiz molecular. Entonces NaY cambiará a NH4Y y luego a HY.
Debido a que hay pequeños poros internos uniformes en la estructura del tamiz molecular, cuando la linealidad molecular de los reactivos y productos está cerca del tamaño de los poros dentro del cristal, la selectividad de la reacción catalítica a menudo depende de la correspondiente Tamaño de las moléculas y tamaño de los poros. Esta selectividad se llama catálisis selectiva de forma. Hay dos mecanismos que conducen a la selectividad de la forma: uno es causado por la diferencia en el coeficiente de difusión de las moléculas que participan en la reacción en la cavidad del poro, lo que se llama selectividad de transferencia de masa; el otro es causado por la limitación espacial del estado de transición de; la reacción catalítica se llama selectividad del estado de transición.
4. Aplicación del tamiz molecular de zeolita
El tamiz molecular de zeolita tiene una estructura compleja y cambiante y un sistema de poros único, y es un catalizador con excelente rendimiento. Los tamices moleculares de zeolita tipo ZSM-5 y Y se utilizan en la reacción de FCC para obtener mayores rendimientos de gasolina, propileno y butileno. El tamiz molecular de zeolita MCM-22 tiene ventajas significativas en las reacciones de alquilación. Por ejemplo, el MCM-22 se utiliza como catalizador de alquilación en fase líquida para catalizar la reacción de benceno y etileno para producir etilbenceno. No solo mejora la selectividad del etilbenceno. además el propio MCM-22 tiene alta estabilidad y baja dosificación, y puede regenerarse in situ en el reactor, mientras que otros tipos de catalizadores deben sacarse del reactor y regenerarse por separado. En la reacción de síntesis de hidrocarburos aromáticos sustituidos con alquilo de cadena corta, MCM-56 tiene mejor actividad y no se desactiva fácilmente. ZSM-22 se utiliza como catalizador en muchos procesos, pero se utiliza principalmente en la isomerización del esqueleto de buteno y la isomerización de n-heptano.
En los últimos años, los tamices moleculares de zeolita se han utilizado ampliamente en la separación por adsorción, catálisis y otros campos debido a su estructura y propiedades únicas. Pero todavía tiene una gran importancia para la investigación y muchos académicos todavía están comprometidos con la investigación de los tamices moleculares de zeolita. En resumen, los tamices moleculares de zeolita han cambiado y continúan cambiando la industria química y la vida humana.