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沸石分子筛材料的广泛应用(例如:吸附分离、离子交换、催化),是与其结构特点密不可分的。例如,吸附分离性能取决于分子筛的孔道和孔体积的大小;离子交换性能取决于分子筛中阳离子的数目、位置及其孔道的可通行性;催化过程中表现出的择形性与分子筛的孔道尺寸、走向相关,而催化反应中的中间产物以及后产品和分子筛的孔道维数或其笼结构相关。因此,分子筛的结构是研究分子筛材料的基本问题。
SOD笼间通过本身的共面连接形成的是SOD沸石分子筛;SOD笼间通过双四元环的连接,形成的是LTA型分子筛;SOD笼间通过双六元环的连接,形成的是FAU和EMT沸石分子筛。
另外,在沸石分子筛骨架结构中,常会发现一些特征的链和二维三连接的网层结构以及周期性结构单元(PBU)。我们为常见的五种链状结构为是Pentasil链、双锯齿形链、双之字形链、双机轴链和短柱石链。由边共享的笼所组成的Pentasil链是高硅沸石分子筛家族的一个特征链。具有代表性的,MFI的骨架结构就是由Pentasil链构成。平行堆积的二维三连接网层通过上下取向的三连接顶点间相互连接形成三维四连接的骨架结构。例如,GIS类型骨架结构是由4.82二维网层结构上下连接而成。
合成沸石分子筛的基本原料有:硅源、铝源、碱源、金属阳离子、其它矿化剂、模板剂和水等。常用的硅源有白炭黑、硅溶胶、固体硅胶、有机硅酸酯、水玻璃等。常用的铝源有偏铝酸钠、硫酸铝、薄水铝石、金属铝、硝酸铝、异丙醇铝、氢氧化铝等。碱源有氢氧化钠,氢氧化钾等。金属阳离子包括碱金属阳离子和碱土金属离子如:Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+等。分子筛合成的矿化剂有两种:氢氧根离子和氟离子。模板剂有各种含氮的有机物、季磷盐等。
分子筛的回收方法多种多样,主要包括以下几种:
热解法
原理:将废旧分子筛加入有机溶剂中,并在高温下进行脱模,从而得到干净的分子筛。
特点:适用于大批量的分子筛回收,热解。但过程中会产生一定的有机废水和固体废弃物,需要妥善处理。
气流冷却法
原理:将使用过的分子筛在空气中进行热解,然后通过气流将产生的分子筛碎片和颗粒收集起来进行回收和处理。
特点:回收,处理过程简单。但高温热解过程可能释放有害气体,需要采取防护措施。
溶剂萃取法
原理:利用溶剂将分子筛溶解,然后从溶液中分离和收集分子筛。
特点:操作简单易行,适用于分子筛稳定性和可溶性较高的情况。但需注意溶剂对环境的影响和回收成本。
分子筛回收的展望
随着环保意识的提高和资源循环利用的重视,分子筛回收技术将得到进一步发展。未来,分子筛回收将更加注重环保、和低成本。同时,随着新技术的不断涌现,如纳米技术、膜技术等,将为分子筛回收提供更加广阔的应用前景。
回收分子筛的意义
资源节约:分子筛,尤其是沸石分子筛,是一种具有筛分分子、吸附、离子交换和催化作用的多功能材料。通过回收废旧分子筛,可以节约原材料资源,减少对新资源的开采。
环境保护:废旧分子筛如果直接废弃,可能会对环境造成污染。回收处理这些废旧材料,有助于减少环境污染,促进可持续发展。
经济效益:回收分子筛还可以带来一定的经济效益。通过回收再利用,可以降低企业的生产成本,提高企业的经济效益。
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