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沸石的吸附性质

信息来源:潍坊沸石生物技术开发中心 作者:

 

 一切固体物质表面的原子或分子和固体内部的原子或分子所处的状态是不同的。在固体内部原子或分子所受的吸引力是对称的,它均匀地分布在周围的原子或分子上,处在力场饱和的平衡状态;而表面的原子或分子所受的力则是不对称的,也就是说固体表面有过剩的表面自由能,即表面有吸附力场存在,这种吸附力称为 色散力,是固体表面对气体或液体具有吸附作用的原因。当气体或液体进入吸附力 场作用范围时,就会被吸附,从而降低固体表面的自由能。这种不饱和力场的作用范围,大约相当于分子直径的大小,也就是几埃左右。

从上述情况可知,一切固体物质的表面都有吸附作用。实际上,只有多孔物质 或磨得很细的物质,由于具有很大的表面积,才有明显的吸附作用,被称为吸附剂。如活性炭、硅胶、活性氧化铝和沸石等。
1896年发现脱水的沸石能吸留酒精、苯等液体。1909年发现脱水的菱沸石能吸附氨、硫化氢等气体。至20世纪20年代开始对沸石的吸附性能进行了系统的研究。
依据沸石的吸附机理,人们对沸石改性处理,获得了对无机物和有机物更好的吸附性能。同其他吸附剂相比,沸石的吸附有它自己的特点。
 沸石不同于一般常用的固体吸附剂(硅胶,性炭等) 其具有两个显著的特点:沸石的选择性吸附和高效率吸附。
在一般情况下,沸石结构中的孔道和孔穴都充满了水分子,分子围绕着可交换的阳离子形成水化球,常在350℃或 400℃下加热数小时或更长时间沸石将会失去水分子。
这时,些有效直径小到足,通过孔道的分子将易于被沸石吸附在脱水孔道和孔穴中,直径过大无法进入孔道的分子将被排斥,这就是人们熟悉的沸石的选择性吸附。
选择性吸附1925年发现脱水菱沸石能强烈地吸附水、甲醇、乙醇,而完全不能吸附乙烷、丙酮和苯,即具有选择性吸附的特性。如上所述,沸石晶体内部存在很多孔穴和孔道,它们的体积占沸石晶体总体积的50%以上,而且孔穴、孔道大小均匀、固定,和普通分子的大小相当。一般孔穴直径在6〜15A之间,孔道直径约在3〜10A之间。表2-8是沸石、硅胶和活性炭对直链烃选择吸附的实验结果,从表中数据可以看出,活性炭对各种烃类的吸附量都很高,而硅胶在室温下对挥发性丁烷-正丁烷和异丁烷的吸附量则很低,说明它们的吸附作用是没有选择性的。只有5A分子筛具有选择性吸附作用,很明显只有那些直径比较小的分子,才能通过沸石孔道(5A分子筛的孔径为5人)被吸附,而直径大的分子,由于不能进入沸石孔穴,则不能被沸石吸附,因此沸石的选择吸附、筛分分子性能决定于沸石的孔径和被吸附分子的大小。