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)稱為沸石，人工合成的沸石也稱為分子篩。
分子篩的化學(xué)組成通式為：(Mn+)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(shù)，x代表SiO2的摩爾數(shù)，也稱為硅鋁比，p代表水的摩爾數(shù)。分子篩骨架的最基本結(jié)構(gòu)是 SiO4和AlO4四面體，通過共有的氧原子結(jié)合而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。這種結(jié)合形式，構(gòu)成了具有分子級(jí)、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。A型、X型和Y型分子篩的晶體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1為A型、X型和Y型分子篩的主要結(jié)構(gòu)
由于AlO4四面體具有一個(gè)負(fù)電荷，可以結(jié)合鈉等離子，成為電中性。在水溶液中，Na+ 很容易與其他陽離子交換。大多數(shù)分子篩催化劑是多價(jià)金屬陽離子或H+的交換物，分子篩具有酸性和對(duì)分子大小的選擇性，可以作為催化劑或載體使用。硅及鋁原子通過氧構(gòu)成氧環(huán)，氧環(huán)的大小決定沸石的細(xì)孔孔徑。每個(gè)氧環(huán)的氧原子數(shù)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(xì)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(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性?？芍瞥蓪?duì)許多反應(yīng)有高活性、高選擇性的催化劑。
分子篩在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)和其他有關(guān)部門及實(shí)驗(yàn)中廣泛作為固體吸附劑。經(jīng)適當(dāng)處理(如加熱)可使被吸附的物質(zhì)解吸，此過程稱為“再生”，因而分子篩可重復(fù)使用。分子篩用于氣體和液體的干燥和化合物脫水(脫去結(jié)晶水，或化合物分子中相近兩個(gè)原子上的羥基和氫原子以水的形式脫去)。選擇適當(dāng)孔徑的分子篩可吸附混合物中特定的物質(zhì)，以達(dá)到分離或純化目的。
以分子篩為活性組分的催化劑稱分子篩催化劑。工業(yè)上用量最大的分子篩催化劑是石油煉制工業(yè)中的裂化催化劑。此外還有催化有機(jī)合成及其他性能的催化劑。分子篩催化劑通常只含5～15%的分子篩，其余部分為基質(zhì)?；|(zhì)常由難熔無機(jī)氧化物或其混合物和粘土組成。分子篩通式中的M通常為Na+、K+、Ca2+，這些離子可以部分或全部被半徑小、電荷多的金屬離子取代，這樣骨架結(jié)構(gòu)基本不變，但對(duì)分子篩的性能有很大影響，可使它具有特定的催化性。近年將其他原子(如鎵、鍺、鐵、硼、磷、鉻、釩、鉬和砷等)引入分子篩的硅鋁骨架中取代(或部分取代)硅或鋁，所形成的雜原子分子篩具有某些特殊的催化性能。1982年報(bào)道了磷酸鋁分子篩系列的合成，1984年又出現(xiàn)了含硅磷酸鋁的分子篩系列。分子篩還可用于汽油、噴氣燃料及柴油等的脫蠟操作，稱分子篩脫蠟。
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