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活性氧化鋁、分子篩的應用

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部空礦孔結構的固體材料,具有很大比表面積、孔道尺寸可調節等特點。兩者具備很好的吸附能力,都是工業生產中常用的吸附劑。那我們就用一篇文章介紹一下活性氧化鋁、分子篩的應用。
一、活性氧化鋁的應用
       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、熱穩定性良好的特點,活性氧化鋁屬于過渡形態氧化鋁。為粉狀、球狀或柱狀白色固體。其晶體結構不同于工業氧化鋁。活性氧化鋁屬于四角晶系,晶格與尖晶石的結構十分類似。活性氧化鋁的晶體是無序的,這種無序性主要由鋁原子的無序性來決定,正因為鋁原子的無序性: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品,因此在吸附干燥方面和催化領域中使用最多。

活性氧化鋁孔分布

1、活性氧化鋁在吸附干燥方面的應用

活性氧化鋁吸附式干燥設備

      活性氧化鋁作為吸附劑的主要的工業應用包括氣體干燥、液體干燥、水質凈化、石油工業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、焦爐氣、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、氮氣、氯氣等。
      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,二者不會發生反應或聚合,同時,干燥的液體中不含有容易吸附在氧化鋁表面并且再生時不易去掉的組分。
       在水質凈化吸附方面,活性氧化鋁除主要用于去除飲水中的氟化物外,對工業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力系統油的養護中也有普遍應用。

2、活性氧化鋁在催化劑及載體的應用

 活性氧化鋁催化劑結構

(1)活性氧化鋁用作催化劑載體,在功能簡單的催化反應中,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,有的反應中,活性氧化鋁還有增強熱穩定性,機械穩定性的功能,如汽車尾氣凈化催化劑所用的pd/Al2O3,Cu/r-Al2O3以及石油裂解反應的催化劑都屬于此類型,烯烴加氫反應所用的鎳載在活性氧化鋁上的催化劑,其熱穩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中可直接作為活性催化劑加入反應體系中。如乙醇脫水生產乙烯,由于活性氧化鋁表面同時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催化劑還不多。
(3)用作活性組分,某些催化反應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,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,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66%,這是由于活性氧化鋁有四種活性中心存在結果。因此活性氧化鋁可向多種催化反應提供活性組分。
    活性氧化鋁的應用主要是以催化劑載體為主,涉足的領域有:有機化工、石油化工、高分子化學等,因此,活性氧化鋁 的市場是非常廣泛。
二、分子篩的應用
       合成的分子篩材料一般為粉末狀、圓球顆粒或柱狀,當采用天然礦物作原料或在合成過程中混入雜質時,得到的分子篩產品會略帶顏色,例如13X分子篩,因其在生產過程加有凹凸棒天然礦物質呈現淡黃色。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別)、大比表面積和較大的孔體積等物理性質,使得分子篩材料在吸附、分離等領域都有著重要的應用價值。

分子篩結構

1、分子篩在吸附分離中的應用

微孔分子篩材料應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現的,其應用也只限于吸附、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型沸石膜對于空氣中的氮氣與氧氣分離具有非常好的效果,b軸定向生長的MFI分子篩更是可以實現動力學半徑差值小于0.1nm的二甲苯異構體(鄰二甲苯和對二甲苯)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籠聯結起來就得到A型分子篩的晶體結構。8個β籠聯結后形成一個方鈉石結構,如用γ籠做橋聯結,就得到A型分子篩結構。中心有一個大的α的籠。α籠之間通道有一個八元環窗口,其直徑為4A,故稱4A分子篩。若4A分子篩上70%的Na+為Ca2+交換,八元環可增至5A,對應的沸石稱5A分子篩。反之,若70%的Na+為K+交換,八元環孔徑縮小到3A,對應的沸石稱3A分子篩
2、分子篩在催化反應中的應用。

自最初Y型沸石在烷烴催化裂化反應成功應用后,沸石晶體材料在石油煉制、石油化工等領域得到了快速發展和廣泛關注,Y型沸石也成為工業化的流化催化裂化(FCC)催化劑。通過調節骨架鋁含量或采用雜原子Ga、B等對Al的取代可以實現對分子篩酸密度和酸強度的調控。硅鋁沸石分子篩作為一類重要的固體酸催化劑,彌補了均相催化反應中催化劑和反應物不能分離的缺點,已經被用在許多酸催化反應中,如催化裂化、加氫裂化、異構化、甲醇制烯烴(MTO)應等。另外,通過將過渡金屬元素引入沸石分子篩骨架中還實現了其在氧化還原反應中的應用,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中表現出相當高的催化活性,如Ts-1、Ti-Beta、Ti-MWW等分子篩已被廣泛地用于苯酚羥化、烯烴環氧化、烷烴氧化等反應。沸石分子篩經過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,在環境保護和凈化方面顯示出一定的價值。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明顯的優勢:高的熱穩定性和水熱穩定性使催化反應可以在苛刻的條件下進行,規則的孔道結構可以實現對某種產物的高選擇性,而可調變的活性中心使其可以應用在各類反應中。
       介孔分子篩因具有高度有序和均勻分布的孔道結構,孔徑尺寸調變范圍較寬(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,在很多領域具有良好的應用前景,已成為孔材料研究領域新的熱點。最初,介孔分子篩主要應用于催化反應,后究人員又利用其孔道特性不斷拓展,相繼發展到納米材料和生物吸附分離等領域。近幾研究主要是在以前研究的基礎上,將介孔分子篩改性負載官能團及金屬離子,以應用多領域。

分子篩催化反應塔

        從活性氧化鋁、分子篩的應用我們可以清楚的認識到,它們都廣泛的應用在工業生產中的吸附、干燥、氣體分離,但最重的是它們在催化反應領域的應用。所以說兩者作用互補,在化工能源相關生產中的應用有著重要的地位。     

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