一種人工合成的具有篩選分子作用的水合硅鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。其化學(xué)通式為(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分別為一價(jià)、二價(jià)陽(yáng)離子如K+、Na+和Ca2+、Ba2+等。它在結構上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開(kāi)。根據SiO2和Al2O3的分子比不同，得到不同孔徑的分子篩。其型號有：3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10Z(鈣Z型)、13Z(鈉Z型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。它的吸附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用于有機化工和石油化工，也是煤氣脫水的優(yōu)良吸附劑。在廢氣凈化上也日益受到重視。

一、分子篩的簡(jiǎn)介

自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽，它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質(zhì)稱(chēng)為沸石，人工合成的沸石也稱(chēng)為分子篩。分子篩的化學(xué)組成通式為：(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O，M代表金屬離子(人工合成時(shí)通常為Na)，n代表金屬離子價(jià)數， x代表SiO2的摩爾數，也稱(chēng)為硅鋁比，p代表水的摩爾數。分子篩骨架的最基本結構是 SiO4和AlO4四面體，通過(guò)共有的氧原子結合而形成三維網(wǎng)狀結構的結晶。這種結合形式，構成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結構不同，形式不同，“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結構。A型、X型和Y型分子篩的晶體結

二、分子篩

由于AlO4四面體具有一個(gè)負電荷，可以結合鈉等離子，成為電中性。在水溶液中，Na 很容易與其他陽(yáng)離子交換。大多數分子篩催化劑是多價(jià)金屬陽(yáng)離子或H的交換物，分子篩具有酸性和對分子大小的選擇性，可以作為催化劑或載體使用。高二氧化硅沸石對有機基團表現出很高的親和力，相比之下，低二氧化硅沸石由于具有Lewis和Bronsted酸特性而表現出親水性。 [2]  硅及鋁原子通過(guò)氧構成氧環(huán)，氧環(huán)的大小決定沸石的細孔孔徑。每個(gè)氧環(huán)的氧原子數目為4～12個(gè)。通常具有分子篩作用的有八元環(huán)(0.4～0.5nm)、十元環(huán) (0.5～0.6nm) 及十二元環(huán) (0.7～ 0. 9nm)。具有十二元氧環(huán)的有Y型分子篩 (x= 3.1～6.0)和絲光沸石(x=9～11)。前者可用做裂化催化劑、雙功能催化劑，后者可用作甲苯的歧化催化劑。十元氧環(huán)的有ZSM-5、ZSM-11等部分 ZSM系列分子篩。八元氧環(huán)的有A型分子篩(x=2)、T型分子篩及ZSM-34等。它們的孔很小，只有直鏈烴才能進(jìn)入到細孔中。以分子篩為催化活性組分或主要活性組分的催化劑稱(chēng)為分子篩催化劑。分子篩具有離子交換性能、均一的分子大小的孔道、優(yōu)異的酸催化活性、并有良好的熱穩定性和水熱穩定性?？芍瞥蓪υS多反應有高活性、高選擇性的催化劑。

三、干燥及凈化領(lǐng)域的應用

（1）脫水。利用低硅鋁比的沸石分子篩（如 A型，X型等）的極性親水性，可以進(jìn)行空氣的干燥。另外近年來(lái)將乙醇摻入汽油中替代部分汽油受到廣泛重視，作為燃料的乙醇要求其中的水含量低于 0.8%，而由于乙醇和水的共沸，使得通過(guò)精餾只能得到 95%的乙醇，對于含水量較低的乙醇脫水，沸石分子篩吸附脫水是最優(yōu)的選擇。

此方法中應用的沸石分子篩是A 或X型，而KA 型最好，這一方面利用了 A型沸石分子篩的極性，另一方面由于KA沸石分子篩的孔道直徑約 0.3nm，水分子可自由進(jìn)入，而乙醇分子直徑大于 0.3nm 不能進(jìn)入沸石分子篩的孔道。此種沸石分子篩脫水工藝是工業(yè)上生產(chǎn)燃料乙醇的首選工藝。

（2）凈化空氣中的污染物。隨著(zhù)工業(yè)的迅速發(fā)展，H2S、SO2、NOX以及甲醛的排放量日益增多，造成的污染給人們的生活和環(huán)境帶來(lái)了嚴重的危害。

四、吸附分離領(lǐng)域的應用

（1）混合二甲苯的分離。混合二甲苯一般用作溶劑和汽油摻合劑廉價(jià)出售，資源浪費十分嚴重。但混合二甲苯的四個(gè)異構體：乙苯、對二甲苯、間二甲苯和鄰二甲苯都是重要的化工原料，因此有必要將其逐一分離。

混合二甲苯的分離方法很多，如精餾法、精密精餾法、加壓結晶法、深冷結晶法等是傳統的分離方法，但它們的共同缺點(diǎn)是能耗大、設備龐大、操作要求高。

吸附分離法是一種高效的分離方法，其關(guān)鍵是吸附劑的制備。由于沸石分子篩其結構的特殊性及種類(lèi)的多樣化，以沸石分子篩為吸附劑來(lái)分離混合二甲苯具有很好的應用前景

（2）N2/ O2的分離。在變壓吸附（PSA）法中，沸石分子篩是利用N2/O2兩氣體在其表面平衡吸附的差異，選擇性地吸附 N2。因為 N2的極化率較大，從而 N2與沸石分子篩中的陽(yáng)離子及其極性表面作用強于 O2。LiA 型沸石分子篩具有更高的 N2/O2選擇比及 N2吸附容量，但熱穩定性較差。于是，Li+、堿土金屬混合陽(yáng)離子交換后的 A型沸石分子篩具有較高的 N2/O2選擇分離系數、N2吸附容量和較高的熱穩定性。另外低硅鋁比的 X型沸石分子篩引起了人們的關(guān)注。人們對其進(jìn)行了各種離子交換，其 N2/O2分離選擇性較高且熱穩定性較好。

（3）提高汽油辛烷值。由于異構烷烴的辛烷值大大高于正構烷烴，因此利用吸附分離法可以脫除正構烷烴。實(shí)際應用中一般將吸附分離與 C5/C6烷烴異構化相配合，將通過(guò)吸附分離出來(lái)的正構烷烴進(jìn)行異構化，從而更大程度的提高汽油的辛烷值。A 型沸石分子篩中的鈉離子被鈣離子交換達 40%以上時(shí)，它的有效孔徑可增大至 0.5nm，能滿(mǎn)足此分離的要求，分離中烴類(lèi)混合物通過(guò)吸附床層，正構烷烴由于分子外形尺寸小于沸石分子篩孔徑尺寸可以自由進(jìn)入其孔道中被吸附，異構烷烴的分子尺寸較大不能進(jìn)入，則流出吸附床層為富含異構烷烴高辛烷值的物料。吸附床層吸附飽和后，用脫附劑將正構烷烴脫附送去異構化反應。