分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构,它的孔穴直径大小均匀,这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有吸附能力,因而能把极性程度不同,饱和程度不同,分子大小不同及沸点不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高,热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点,使得分子筛获得广泛的应用。
在生物大分子领域,常见的有bio-rad SEC分子筛预装柱。
美国科学家发现,通过调整温度,能够地控制一种钛硅酸盐材料中的孔洞大小,制造出精密的新型分子筛。 一些晶体材料内部有着大量均匀的微孔,尺寸比孔洞小的分子能够穿过,而大分子不能穿过,因此可以起到分离不同分子的作用,这类材料被称为分子筛。
有水热合成、水热转化和离子交换等法:
① 水热合成法 用于制取纯度较高的产品,以及合成自然界中不存在的分子筛。将含硅化合物(水 分子筛玻璃、硅溶胶等)、含铝化合物(水合氧化铝、铝盐等)、碱(氢氧化钠、氢氧化钾等)和水按适当比例混合,在热压釜中加热一定时间,即析出分子筛晶体。合成过程可用下式表示:
工业生产流程中一般先合成Na-分子筛,如13X型与10X型分子筛的合成。在水热合成过程中添加某些添加剂可以改变终产品的结构,如加入季胺盐可得到ZSM-5型分子筛。
② 水热转化法 在过量碱存在时,使固态铝硅酸盐水热转化成分子筛。所用原料有高岭土、膨润土、硅藻土等,也可用合成的硅铝凝胶颗粒。此法成本低,但产品纯度不及水热合成法。
离子交换法 通常在水溶液中将Na-分子筛转变为含有所需阳离子的分子筛,通式如下:
式中 Z-表示阴离子骨架,Me+表示需交换的阳离子,例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等,原料通常为 中空玻璃分子筛氯化物、硫酸盐、硝酸盐。溶液中不同性质的阳离子交换到分子筛上的难易程度不同,称为分子筛对阳离子的选择顺序,例如:13X型分子筛的选择顺序为Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列参数表示交换结果:交换度,即交换下来的Na+量占分子筛中原有Na+量的百分数;交换容量,为每100克分子筛中交换的阳离子毫克当量数;交换效率,表示溶液中阳离子交换到分子筛上的质量百分数。为了制取合适的分子筛催化剂,有时尚需将交换所得产物与其他组分调配,这些组分可能是其他催化活性组分、助催化剂、稀释剂或粘合剂等,调配好的物料经成型即可进行催化剂的活化。
干燥技术
微波干燥技术解决了传统干燥分子筛中干燥速度缓慢,能量损耗大,产品品质差的问题,具体表现在:
1、微波干燥分子筛速度快 , 一般几分钟就可达到微波干燥目的;
2、微波干燥分子筛均匀,实现深度干燥,产品品质好;
3、静态干燥,不烧带,粉尘少;
4、非接触式干燥,避免了对分子筛的污染;
5、微波干燥分子筛工艺安全、节能、环保 使用电能,内外同时干燥,比电热干燥节能50%以上;
6、缩短生产周期,的减少生产流动资金占用;
7、微波干燥设备箱体温度在40℃以下,改善工人工作环境;
8、设备操作简单方便。
由于分子筛具有的吸附性能、离子交换性能和催化性能,被广泛用作吸附材料、离子交换材料以及催化材料,其中:吸附材料主要用于工业与环境领域各种气体的分离、净化与干燥,如天然气、石油裂解气等化工原料的脱水干燥、节能型建筑中空玻璃干燥剂、脱二氧化碳和脱硫、正异构烷烃的分离、二甲苯异构体的分离、烯烃分离、氧氮分离、制冷剂干燥等;离子交换材料主要应用于洗涤助剂、放射性废料与废液的处理;催化材料主要应用于石油炼制与加工、石油化工、煤化工与精细化工领域中大量工业催化过程。
长期以来,国际分子筛厂商凭借在分子筛研发、生产和应用技术以及资金优势,通过兼并重组,逐渐形成了对分子筛行业的寡头垄断,主导着分子筛的市场,攫取高额利润。
在国内分子筛吸附剂领域,市场国际化程度高,市场竞争激烈。大部分企业系民营企业且规模较小,年产万吨级以上的成型分子筛企业较少。随着环保政策的严厉执行,部分分子筛原粉企业因为环保压力加大、生产成本上升等因素逐渐退出市场。国内低端成型分子筛市场充分竞争;中成型分子筛市场,国际大型分子筛企业凭借品牌和技术优势仍然具有很强的竞争力。面对国际大型分子筛企业的竞争,国内成型分子筛企业需要拥有良好的技术创新能力和较大的生产规模来应对。
在工业制氧和干燥领域:近年来,分子筛吸附剂行业在工业制氧和干燥领域的技术发展主要在水热合成的主流技术路线基础上进行技术创新和工艺优化,不断推出更节能、生产成本更低的产品来保持市场竞争力。
在能源化工方面:二甲醚羰基化后加氢生成乙醇技术路线是一条环境友好型新技术路线。近年来,有关科研院校和分子筛企业正在研究分子筛产品在二甲醚羰基化反应中的应用,开发出催化活性和乙酸甲酯选择性更高、没有诱导期的新型煤制乙醇分子筛催化剂;煤制丙烯吸附剂目前存在主要问题是吸附量低、易粉化,行业内的有关科研机构和企业正在对煤制丙烯分子筛吸附剂的粉体合成、成型和焙烧工艺技术进行改进,提高分子筛吸附剂的吸附量和机械强度,降低磨耗率。