沸石分子筛
摘要：介绍沸石分子筛的应用、制备方法，以及表面改性方法。 关键词：沸石分子筛 制备方法 沸石分子筛的改性
沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：
Mx/m[(AlO2)x?(SiO2)y]?zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x
和y是整数。沸石分子筛膜最常用的合成方法水热晶化法、室温合成和高温焙烧法及极浓体系法等。包括晶种法和原位合成法。沸石表面改性方法有离子交换法、沸石内配位化学、化学蒸汽沉积和沸石的表面有机金属化学。
一、沸石分子筛的制备
沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，具有规整孔道结构。沸石分子筛有吸附性能: 分子引力作用在固体表面产生的一种“表面力”，当流体流过时，流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面，在表面产生分子浓聚，使流体中的这种分子数目减少，达到分离、清除的目的。离子交换性能: 指沸石分子筛骨架外的补偿阳离子的交换。沸石分子筛骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属，它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换成各种价态的金属离子型沸石分子筛。催化性能：沸石分子筛具有独特的规整晶体结构，其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构，并具有较大比表面积。大部分沸石分子筛表面具有较强的酸中心，同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用。这些特性使它成为性能优异的催化剂。
制备方法：
1. 水热晶化法：将原料、模板剂及其他必须原料按一定比例一定投料顺序混合，对形成的凝胶体在一定的温度下进行一段时间晶化后，再洗涤干燥焙烧等就得到了分子筛。
2. 高温焙烧法：将得到的凝胶，用水洗脱杂质后直接进行高温焙烧，就得到目的产物。 3. 直接合成法：将硅溶胶、表面活性剂十八烷基三甲基氯化钱混合，在合成过程中无需任何其他有机碱和有机硅源，将混合物在140℃下晶化24h后处理就能得到分子筛。
4. 室温(低温)合成法：采用按水、碱、表面活性剂十二(或十六)烷基三甲钱、白炭黑(或正硅酸乙醋)的顺序加料，混合、搅拌，将生成的固形物抽滤干燥即可得到目的产物。
5. 极浓体系法：在无定形的凝胶体系
Na2O?SiO4?CTABr?H2O中，控制
n(H2O):n(Si)?5.0合成得到目的产物。
二、沸石分子筛的改性
沸石分子筛在应用上的巨大成功，除了结构的特殊性及种类的多样化外,与它们结构和性能的可修饰性有密切的关系。沸石分子筛的改性研究与它们的合成和应用开发一样相当大地推动了沸石化学的发展,可以说没有改性技术的发展,就没有沸石分子筛今天的广泛应用。
改性的方法：
1. 离子交换法：包括沸石骨架内的阳离子的交换和骨架外的补偿阳离子的交换。沸石骨架内的阳离子交换得到的材料比原始材料稳定性要低。更常用的是骨架外的补偿阳离子交换来改性表面。
初始合成沸石骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属离子它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换制成各种价态的其它金属离子型沸石。影响沸石离子交换的主要因素有
Si比。通过用不同大小的阳离子交换沸石内原有的阳离子，改变阳离子的数目或在Al沸石的孔口附近交换上新的阳离子等方法可以改变沸石孔道的尺寸，沸石和阳离子之间的相互影响和相互作用赋予沸石新的催化及吸附性能。
2．“瓶中船”和沸石内配位化学：沸石可以被看成是一种 “配体”，也可看成是一种固体溶剂。金属配合物分子比较大，往往难于直接进入分子筛的孔道一般须在原位经过叫做 “ship-in-bottle”(瓶中船)的途径来合成。因为所涉及的是内过渡金属元素的配合物也被叫做 “沸石内配位化学”。有三种方法被用于在沸石内封装金属配合物。(1)通过直接吸附或离子交换；（2）通过原位制备；（3）通过在沸石合成过程中同时组装。前两种方法主要用于有大孔口的沸石分子筛，当孔口尺寸限制了大多数配合物进入孔内时，在这种情况下一般考虑用第三种途径。
3. 化学蒸汽沉积（CVD）：这种方法是把挥发性的金属化合物沉积在固体的表面，再经过处理以制备固体复合型材料的技术。CVD法一般包括吸附沉积、化学分解、水解和氧化还原等几个过程。CVD法可被用于高分散、高含量的金属或金属氧化物负载型催化剂的制备。如把Zr(OEt)4沉积在ZSM?5上，经水解和焙烧可得到一单层氧化锆沉积层，重复进行还可使其加厚。这样得到的材料对从甲醇制异戊烷表现出有趣的选择性。用CVD法可把金属钯高度分散在Y沸石上。
4. 表面有机金属化学：表面有机金属化学研究的最大特点是采用分子反应的研究方法，即让洁净的固体表面在原位与有机金属化合物反应，反应经严格的化学计量，所得固体产物具有明确的表面化学组成。各种有机金属化合物，在丝光沸石表面上的反应已经被研究，结果表明反应发生在沸石的表面羟基上，即小量的气体释放、沸石表面的大量羟基未触及以及有机金属化合物分子的直径大于沸石孔口尺寸等因素，都表明这个反应发生在沸石的外表面和孔口附近，这也被分子模拟和分子吸附所证实。沸石分子筛的内表面可以用表面有机金属化学技术进行改性，但一个先决条件是沸石的孔口能允许有机金属化合物分子进入，否则仅 能改性外表面。
三、沸石分子筛的应用
分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用。
沸石分子筛的应用：
1. 干燥及净化领域的应用
（1）脱水：利用低硅铝比的沸石分子筛的极性亲水性，可以进行空气的干燥。另外在工业上生产燃料乙醇时，运用KA沸石分子筛来脱水。KA沸石分子筛的孔道直径约0.3nm，水分子可自由进入，而乙醇分子直径大于0.3nm不能进入沸石分子筛的孔道，以此达到脱水目的。
（2）净化空气中的污染物。
2. 吸附分离领域的应用
（1）混合二甲苯的分离：吸附分离法是一种高效的分离方法，其关键是吸附剂的制备，由于沸石分子筛其结构的特殊性及种类的多样化，以沸石分子筛为吸附剂来分离混合二甲苯具有很好的应用前景。
（2）N2/O2的分离：沸石分子筛是利用N2/O2两气体在其表面平衡吸附的差异，选择性地吸附N2因为N2的极化率较大，从而N2与沸石分子筛中的阳离子及其极性表面作用强于O2。
（3）提高汽油辛烷值：由于异构烷烃的辛烷值大大高于正构烷烃，因此利用吸附分离法可以脱除正构烷烃，实际应用中一般将吸附分离与C5/C6烷烃异构化相配合，将通过吸附分离出来的正构烷烃进行异构化，从而更大程度的提高汽油的辛烷值。
3. 催化领域的应用
沸石分子筛具有复杂多变的结构和独特的孔道体系，是一种性能优良的催化剂。
四、结语
沸石分子筛因良好的分离性能，广阔诱人的应用前景,一直备受人们的关注。本综述主要是为了知道沸石分子筛的一些性能，制备方法及改性技术为目的而写，为此我也大致的了解了这些内容。
参 考 文 献
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