分子筛

分子筛可以是微孔、介孔或大孔材料。

1.1 微孔材料(孔径< 2 nm)

• 沸石(铝硅酸盐矿物，不要与硅酸铝混淆)
  • LTA沸石:3–4 Å^[3]
• 多孔玻璃:10 Å (1 nm)及以上
• 活性炭:0–20 Å (0–2 nm)及以上
• 粘土
  • 蒙脱土混合物
    • 埃洛石(高岭土):发现了两种常见的形式，当粘土含水时，层间距为1 nm，当脱水时(脱水高岭土)，层间距为0.7 nm。埃洛石通常以直径平均为30 nm、长度在0.5到10微米之间的小圆柱体的形式存在。^[4]

1.2 介孔材料(2-50 nm)

• 二氧化硅(用于制造硅胶):24 Å (2.4 nm)^[5]

1.3 大孔材料(> 50 nm)

• 介孔二氧化硅，200–1000 Å (20–100 nm))^[6]

分子筛通常被用于石油工业，尤其是用于干燥气流。例如，在液态天然气(LNG)工业中，需要将天然气的含水量降低到1 ppmv以下，以防止冰冻造成堵塞。

在实验室中，分子筛被用于干燥溶剂。事实证明，“筛子”优于通常采用侵蚀性干燥剂的传统干燥技术。^[7]

当分子筛指代“沸石”时，它被用于广泛的催化应用。分子筛可以催化烷烃异构化、烷基化和环氧化，并用于包括加氢裂化和流化催化裂化在内的大规模工业过程。^[8]

分子筛也用于过滤呼吸器的空气供应，例如那些潜水者和消防员使用的呼吸器。在这种应用中，空气由空气压缩机提供，并通过筒式过滤器，根据应用情况，筒式过滤器填充有分子筛和/或活性炭，最终用于给呼吸空气罐充气。^[9] 这种过滤方法可以从呼吸气源中去除微粒和压缩机排气产物。

2.1 FDA批准

截至2012年4月1日，美国食品和药物管理局(FDA)已根据《美国联邦法规》第21卷第182.2727条的规定，批准直接接触消耗品的铝硅酸钠。^[10]在此批准之前，欧洲已将分子筛用于制药，独立测试表明分子筛符合政府的所有要求，但该行业不愿意为政府批准所需的昂贵测试提供资金。^[11]

分子筛循环使用的方法包括压力变化(如在氧气浓缩器中)、用载气加热和吹扫(如在乙醇脱水中使用)或在高真空下加热。再生温度范围从175 ℃到315 ℃，取决于分子筛类型。相比之下，硅胶可以通过在普通烘箱中加热至120 ℃(250 ℉)两个小时来重复使用。然而，当暴露在足够的水中时，某些类型的硅胶会“爆裂”。这是由于二氧化硅球在与水接触时破裂造成的。^[12]

• 近似化学式: 2/3K₂O•1/3Na₂O•Al₂O₃• 2 SiO₂ • 9/2 H₂O
• 硅铝比: SiO₂/ Al₂O₃≈2

3Å分子筛无法吸附直径大于3Å的分子。这些分子筛具有吸附速度快、再生能力强、抗破碎、耐污染等特点。这些特征可以提高筛网的效率和使用寿命。分子筛是石油和化学工业中炼油、聚合和化学气液深度干燥所必需的干燥剂。

3Å分子筛用于干燥一系列材料，如乙醇、空气、制冷剂、天然气和不饱和烃。后者包括裂解气、乙炔、乙烯、丙烯和丁二烯。

3Å分子筛用于去除乙醇中的水分，乙醇可直接用作生物燃料，或间接用于生产各种产品，如化学品、食品、药品等。由于水和乙醇在大约95%的浓度下形成共沸物，常规蒸馏不能从乙醇工艺流程中除去所有的水(乙醇生产中不希望的副产物)，因此分子筛珠被用于通过将水吸附到珠中并允许乙醇自由通过，在分子水平上分离乙醇和水。一旦珠子充满水，就可以控制温度或压力，使水从分子筛珠子中释放出来。^[14]

3Å分子筛储存在室温下，相对湿度不超过90%。它们在减压下密封，远离水、酸和碱。

• 化学式: Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂•9/2H₂O
• 硅铝比: SiO₂/ Al₂O₃≈2

4Å分子筛被广泛用于干燥实验室溶剂。^[15] 它们可以吸收水和临界直径小于4Å的其他分子，如NH₃、H₂S、SO₂、CO₂、C₂H₅OH、C₂H₆和C₂H₄。它被广泛用于液体和气体的干燥、精炼和净化(如氩气的制备)。

一瓶4 Å分子筛

6.1 聚酯试剂添加剂

这些分子筛用于辅助洗涤剂，因为它们可以通过钙离子交换产生软化水，去除和防止污垢沉积。它们被广泛用来代替磷。4Å分子筛在取代三聚磷酸钠作为洗涤剂助剂以减轻洗涤剂对环境的影响方面发挥着重要作用。它也可以用作肥皂形成剂和牙膏。

6.2 有害废物处理

4Å分子筛可以净化含有铵离子、Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺等阳离子物质的污水。由于对NH⁴⁺的高选择性，它们已经成功地被应用于该领域，以防治由于铵离子过量引起的水体富营养化和其他影响。由于工业活动，分子筛也被用于去除水中的重金属离子。

6.3 其他应用

1. 冶金工业——分离剂、分离、提取卤水钾、铷、铯等。
2. 石化工业、催化剂、干燥剂、吸附剂
3. 农业土壤改良剂；
4. 载药银沸石抗菌剂。

• 化学式: 0.7CaO•0.30Na₂O•Al₂O₃•2.0SiO₂ •4.5H₂O
• 硅铝比: SiO₂/ Al₂O₃≈2

5Å分子筛通常用于石油工业，特别是用于气流的净化，以及化学实验室中分离化合物和干燥反应原料。它们含有精确和均匀大小的微孔，主要用作气体和液体的吸附剂。

5Å分子筛用于干燥天然气，同时对天然气进行脱硫和脱碳。它们也可用于从支链和多环烃中分离氧、氮和氢以及油蜡n-烃的混合物。

5Å分子筛储存在室温下，相对湿度低于90%的纸板桶或纸箱包装中。分子筛不应直接暴露在空气和水中，应避免酸和碱。

分子筛的选择:

分子筛有不同的形状和尺寸。但是球珠形比其它形状更有优势，因为它们可以提供较低的压降，由于它们没有任何锋利的边缘而具有耐磨性，还具有良好的强度，即每单位面积所需的挤压力更高。某些珠状分子筛具有较低的热容量，因此循环利用过程中的所需的能量较低。

使用珠状分子筛的另一个优点是它的堆积密度通常高于其他形状，因此对于同样的吸附要求，分子筛所需的体积较小。因此，在进行消瓶颈时，您可以使用珠状分子筛，在相同的体积内可以装载更多的吸附剂，并避免任何容器的改装。