沸石分子篩是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物,其化學(xué)通式為:Mx/m[(AlO2)x·(Si O2)y]·zH2O。M代表陽離子,m表示其價(jià)態(tài)數(shù),z表示水合數(shù),x和y是整數(shù)。沸石分子篩活化后,水分子被除去,余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu)。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴,空穴之間有許多同直徑的孔(也稱“窗口”)相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部,而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外,起到篩分分子的作用,故得名分子篩。沸石分子篩在自然界中即可存在,人工大量合成是從上世紀(jì)70年代開始。
沸石分子篩是一種常見的硅鋁酸鹽晶體材料。(也包括純硅、磷鋁、硅磷鋁以及部分其他雜原子取代的類似結(jié)構(gòu)的晶體材料。)同時(shí)具有規(guī)則的微孔骨架結(jié)構(gòu)(孔道直徑一般小于2nm擇形效應(yīng),所以沸石分子篩具有較強(qiáng)的吸附特點(diǎn)),較大的比表面積。(一般為200~900m2/g,良好的載體),較好的水熱穩(wěn)定性(結(jié)晶度高、耐熱處理、水蒸氣處理),較強(qiáng)的Bronsted耐酸性(一般酸性近超強(qiáng)酸,Lewis酸性位較少)等特性。因此該類材料不僅被廣泛的用于石油精煉和石油化工的多個(gè)過程中,也廣泛應(yīng)用于催化、吸附和離子交換等領(lǐng)域中,并起著不可替代的作用。
到目前為止,國際分子篩協(xié)會(huì)(IZA,International Zeolite Association)總共報(bào)道了232種基本的沸石骨架類型,而其中用于工業(yè)生產(chǎn)的只有不到20種,例如(部分常用的沸石骨架結(jié)構(gòu)及類型):FAU(Y沸石)、MFI(ZSM-5)、BEA(beta沸石)、MOR(絲光沸石)、LTL(L沸石)、FER(鎂堿沸石)、MTW(ZSM-12沸石)等。
對(duì)NOx的去除
氮氧化物(NOx)是目前大氣污染物的主要組成,它能夠通過呼吸道進(jìn)入人體,對(duì)健康造成嚴(yán)重的危害,也是酸雨形成的主要原因。近年來,選擇吸附法用于凈化空氣已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注,其中ZSM-5分子篩作為吸附劑吸附NOx的研究也越來越多。
VOCs的去除
揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)包括烴類、醇類、醛類、酸類、酮類和胺類等,這類有機(jī)污染物能夠通過呼吸道直接進(jìn)入人體,對(duì)人體器官造成暫時(shí)性或永久性的傷害。雖然ZSM-5分子篩在石油化工等領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用,但在VOCs吸附領(lǐng)域研究尚不多。而ZSM-5分子篩作為一種新型的吸附材料,其孔徑與大部分VOCs的動(dòng)力學(xué)直徑相當(dāng),因此可以有效地吸附廢氣中的VOCs,進(jìn)而凈化空氣。