合成沸石·分子筛
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- 参考文献
合成沸石·分子筛
Zeolite称为沸石，是一种天然产矿石，可用于连续脱水、冷凝水以及交换阳离子。工业合成的合成沸石是金属或碱土金属的结晶型水合铝硅酸盐，其通式为MeO・Al2O3・mSiO3・nH2O（Me：2个碱金属原子或1个碱土金属原子）。结晶水被加热分离后产生的空腔具有很强的吸附能力，通向这些直径为数Å的均匀孔隙会显示出分子筛效应※1（或者被称为尺寸排阻效应）。另外，结晶结构中的金属离子具有吸附极性分子的作用，可选择性吸附极性物质和不饱和性物质。根据这种吸附特性的特点，合成沸石可广泛应用于实验级的水或其他物质吸附剂，工业级催化剂、废水处理剂、土壤改良剂和石油精炼等多个领域中。
分子筛（molecular sieves）是美国联合碳化物公司生产的合成沸石的商品名，是具有分子筛选效果的多孔性物质。
FUJIFILM Wako可提供多种合成沸石和分子筛。
※1 比细孔径小的分子会被吸附在细孔内，而比细孔径大的分子无法进入孔内因此不会被吸附，所以可根据孔径分离分子。
◆产品种类
合成沸石（又称为分子筛）根据化学组成、结晶结构、吸附特性等的差异，有可提供不同种类。
下表中为不同种类合成沸石的特性，可结合使用目的进行选择※1 ※2。
合成沸石
|
种类 |
合成沸石A-3 |
合成沸石A-4 |
合成沸石A-5 |
合成沸石F-9 |
|
|
化学组成 |
(0.4K＋0.6Na)2O・Al2O3・2SiO2 |
Na2O・Al2O3・2SiO2 |
－ |
Na2O・Al2O3・2.5SiO2 |
|
|
细孔径(Å) |
3 |
4 |
5 |
9 |
|
|
水分吸附量（wt%） |
20 |
20 |
22 |
26 |
|
|
吸附物质 |
水 |
〇 |
〇 |
〇 |
〇 |
|
氨气 |
〇 |
〇 |
〇 |
〇 |
|
|
CO2 |
〇 |
〇 |
〇 |
〇 |
|
|
CO |
〇 |
〇 |
〇 |
〇 |
|
|
硫化氢 |
〇 |
〇 |
〇 |
〇 |
|
|
二氧化硫 |
〇 |
〇 |
〇 |
〇 |
|
|
C1,C2 石蜡 |
〇 |
〇 |
〇 |
||
|
C3-C22 正链烷烃 |
〇 |
〇 |
|||
|
异链烷烃 |
〇 |
||||
|
C2,C3 烯烃 |
〇 |
〇 |
〇 |
||
|
C4以上 正烯烃 |
〇 |
〇 |
|||
|
异烯烃 |
〇 |
||||
|
环丙烷 |
〇 |
〇 |
|||
|
C4以上 环烷烃 |
〇 |
||||
|
苯以及大部分的低级芳香烃 |
〇 |
||||
|
C1～C3 正醇 |
〇 |
〇 |
〇 |
||
|
C4以上 正醇类 |
〇 |
〇 |
|||
|
C3以上 iso-、sec-、tert-醇类 |
〇 |
||||
|
二正丙胺 |
〇 |
||||
|
二正丁胺 |
〇 |
||||
|
晶型 |
A型 |
A型 |
Ca-A型 |
X型 |
|
分子筛
|
种类 |
合成沸石3A |
合成沸石4A |
合成沸石5A |
合成沸石13X |
|
化学组成 |
K9Na3〔(AlO2)12(SiO2)12〕・xH2O |
Na12〔(AlO2)12(SiO2)12〕・27H2O |
Ca4.5Na3〔(AlO2)12(SiO2)12〕・xH2O |
Na86〔(AlO2)86(SiO2)106〕・276H2O |
|
细孔径(Å) |
3 |
4 |
5 |
10 |
|
水分吸附量（wt%） |
20 |
22 |
21.5 |
约20 |
|
可吸附分子 |
H2O、NH3、He |
H2S、CO2、C2H6、C3H6、C2H5OH、C4H6 |
正链烷烃、正烯烃、n-C4H9OH |
异链烷烃、异烯烃、二正丁胺、芳香族 |
|
有效直径＜3Å的分子 |
有效直径＜4Å的分子 |
有效直径＜5Å的分子 |
有效直径＜10Å的分子 |
|
|
不可吸附分子 |
CH4、CO2、C2H2、O2、C2H5OH、H2S、C2H4 |
C3H8、压缩机油、环烃 |
异构化合物、四元环化合物 |
(C4F9)3N |
|
有效直径＞3Å的分子 |
有效直径＞4Å的分子 |
有效直径＞5Å的分子 |
有效直径＞10Å的分子 |
|
|
代表性用途 |
小分子极性溶剂（甲醇、乙醇、丙酮、乙腈）、包层气、乙烯、丁二烯等的干燥 |
普通有机溶剂（二甲苯、氯仿、硝基甲烷、DMSO等）的干燥（比3A的干燥能力强），去除天然气和液相饱和烃的CO2 |
大分子有机溶剂（如THF、二恶烷等）的干燥，从石脑油和煤油中回收正构烷烃 |
极大分子有机溶剂的干燥或脱硫/干燥，同时去除水与CO2、吸附碳氢化合物 |
|
结晶型 |
A型 |
A型 |
A型 |
X型 |
|
※1 商品名的3A和A-3、F-9的数字表示为细孔径（单位Å）（只有13X为10Å）。细孔径按数字顺序逐渐变大。 ※1 比如，3A能吸附的分子4A、5A、13X全部都能吸附。 ※2 各种类的分子筛均有直径1/8(inch)与1/16(inch)两种型号 |
|
◆合成沸石HS系列
HS系列是具有高硅胶/氧化铝比（5以上）的疏水性合成沸石。根据硅胶/氧化铝比的不同，合成沸石的吸附能力（亲水性）会产生变化。如果硅胶/氧化铝比变高，晶格里存在的金属阳离子的比例会减少，从而减弱对水等极性物质的亲和性，并增强非极性物质的吸附能力。因此，硅胶/氧化铝比高的HS系列适用于去除挥发性有机化合物（VOC：Volatile Organic Compounds）以及除臭。此外，因与极性物质的亲和性变弱，与亲水的合成沸石相比，能在更低的温度下脱水。
合成沸石的催化活性根据晶型（L型·Y型·丝光型·镁碱型）、硅胶/氧化铝比、阳离子种类而不同。合成沸石的固体催化作用一般是将反应成分吸附，在细孔空间内形成催化反应区，激活有利于催化反应状态的机制。HS系列提供着各式各样的结晶型、细孔径、硅胶/氧化铝比、金属阳离子类的产品。可结合用途选择合适的产品。
HS系列
|
种类 |
合成沸石，HS-320 |
合成沸石，HS-341 |
合成沸石，HS-500 |
合成沸石，HS-642 |
合成沸石，HS-690 |
合成沸石，HS-720 |
|
|
阳离子种类※4 |
氢 |
钠 |
铵 |
钾 |
钠 |
氢 |
钾 |
|
晶型 |
Y |
Y |
Y |
L |
丝光型 |
丝光型 |
镁碱型 |
|
细孔径(Å) |
9 |
9 |
9 |
8 |
7 |
7 |
4.8 |
|
硅胶/氧化铝比（mol/mol） |
5.5 |
5.5 |
7 |
6.1 |
18 |
180 |
18 |
|
比表面积（m2/g） |
550 |
660 |
700 |
290 |
－ |
450 |
170 |
|
结晶的大小(µm) |
0.2～0.4 |
0.2～0.4 |
0.7～1.0 |
0.4 |
0.1×0.5 |
0.1×0.5 |
≦ 1 |
|
粒子的大小 |
6～8 |
6～8 |
3～5 |
4 |
12 |
12 |
20 |
|
NH3-TPD (mmol/g) |
0.7 |
－ |
2 |
－ |
－ |
0.2 |
－ |
※3 表中数值仅供参考。
※4 进入沸石孔内的分子因与阳离子产生静电相互作用被吸附。一般来说，阳离子的尺寸越小，化合价越高，静电吸引力就越大，分子的极性越强，吸附力越大吸附越多。
◆产品列表
合成沸石
|
产品编号 |
产品名称 |
包装 |
|
266-00565 |
Zeolite, Synthetic, A-3, Shot, 0.50-1.18 mm(14-30 mesh) 合成沸石，A-3，粒状，0.50-1.18 mm（14-30目） |
500 g |
|
263-00575 |
Zeolite, Synthetic, A-3, Beads, 1.40 – 2.36 mm (8 -12 mesh) 合成沸石，A-3，球状，1.40 – 2.36mm （8 – 12目） |
500 g |
|
260-00585 |
Zeolite, Synthetic, A-3, Beads, 2.36 – 4.75 mm (4 -8 mesh) 合成沸石，A-3，球状，2.36 – 4.75 mm （4 – 8目） |
500 g |
|
261-02271 |
Zeolite Packs [Zeolite, Synthetic, A-3, Beads, 1.40-2.36 mm (8-12 mesh)] 沸石包装[合成沸石，A-3，球状，1.40-2.36 mm（8-12目）] |
3 g×20 |
|
267-02273 |
Zeolite Packs [Zeolite, Synthetic, A-3, Beads, 1.40-2.36 mm (8-12 mesh)] 沸石包装[合成沸石，A-3，球状，1.40-2.36 mm（8-12目）] |
10 g×20 |
|
265-02274 |
Zeolite Packs [Zeolite, Synthetic, A-3, Beads, 1.40-2.36 mm (8-12 mesh)] 沸石包装[合成沸石，A-3，球状，1.40-2.36 mm（8-12目）] |
50 g x 10 |
|
260-00605 |
Zeolite, Synthetic, A-4, Shot, 0.50 – 1.18 mm (14 – 30 mesh) 合成沸石，A-4，粒状,0.50 – 1.18 mm（14 – 30目） |
500 g |
|
267-00615 |
Zeolite, Synthetic, A-4, Beads, 1.40 – 2.36 mm (8 -12 mesh) 合成沸石，A-4，球状,1.40 – 2.36 mm（8 – 12目） |
500 g |
|
264-00625 |
Zeolite, Synthetic, A-4, Beads, 2.36 – 4.785 mm (4 -8 mesh) 合成沸石，A-4，球状，2.36 – 4.785 mm（4 – 8目） |
500 g |
|
267-02315 |
Zeolite, Synthetic, A-4, Powder, through 0.15 mm (100 mesh) 合成沸石, A-4, 粉末, 可通过0.15 mm (100目) |
500 g |
|
265-01755 |
Zeolite, Synthetic, A-5, Beads, 2.36 – 4.75 mm (4 -8 mesh) 合成沸石，A-5，球状，2.36 – 4.75 mm （4 – 8目） |
500 g |
|
268-00645 |
Zeolite, Synthetic, F-9, Shot,0.50-1.18 mm(14-30 mesh) 合成沸石，F-9，粒状,0.50-1.18 mm（14-30目） |
500 g |
|
265-00655 |
Zeolite, Synthetic, F-9, Beads, 1.40 – 2.36 mm (8 -12 mesh) 合成沸石，F-9，球状，1.40 – 2.36 mm （8 – 12目） |
500 g |
|
262-00665 |
Zeolite, Synthetic, F-9, Beads, 2.36 – 4.75 mm (4 – 8 mesh) 合成沸石，F-9，珠，2.36 – 4.75 mm （4 – 8目） |
500 g |
|
264-02325 |
Zeolite, Synthetic, F-9, Powder, through 0.15 mm (100 mesh) 合成沸石, F-9, 粉末, 可通过0.15 mm(100目) |
500 g |
|
321-27762 |
Zeolite, Synthetic, HS-320 Powder, Hydrogen Y 合成沸石，HS-320 粉末，H+-Y型 |
25 g |
|
325-27765 |
Zeolite, Synthetic, HS-320 Powder, Hydrogen Y 合成沸石，HS-320 粉末，H+-Y型 |
500 g |
|
324-27752 |
Zeolite, Synthetic, HS-320, Powder, Sodium Y 合成沸石，HS-320 粉末，Na+-Y型 |
25 g |
|
328-27755 |
Zeolite, Synthetic, HS-320, Powder, Sodium Y 合成沸石，HS-320 粉末，Na+-Y型 |
500 g |
|
328-27772 |
Zeolite, Synthetic, HS-341, Powder, Ammonium Y 合成沸石，HS-341 粉末，NH4+-Y型 |
25 g |
|
322-27775 |
Zeolite, Synthetic, HS-341, Powder, Ammonium Y 合成沸石，HS-341 粉末，NH4+-Y型 |
500 g |
|
325-27782 |
Zeolite, Synthetic, HS-500, Powder, Potassium L 合成沸石，HS-500 粉末，K+-L型 |
25 g |
|
329-27785 |
Zeolite, Synthetic, HS-500, Powder, Potassium L 合成沸石，HS-500 粉末，K+-L型 |
500 g |
|
322-27792 |
Zeolite, Synthetic, HS-642 Powder, Sodium Mordenite 合成沸石，HS-642粉末，Na+-丝光型 |
25 g |
|
326-27795 |
Zeolite, Synthetic, HS-642 Powder, Sodium Mordenite 合成沸石，HS-642粉末，Na+-丝光型 |
500 g |
|
325-27802 |
Zeolite, Synthetic, HS-690 Powder, Hydrogen Mordenite 合成沸石，HS-690粉末，H+-丝光型 |
25 g |
|
329-27805 |
Zeolite, Synthetic, HS-690 Powder, Hydrogen Mordenite 合成沸石，HS-690粉末，H+-丝光型 |
500 g |
|
227-00611 |
Vitachange, Activated 活性维生素B1吸附剂 |
250 g |
分子筛
|
产品编号 |
产品名称 |
包装 |
|
134-06095 |
Molecular Sieves 3A 1/16 分子筛3A 1/16 |
500 g |
|
133-08645 |
Molecular Sieves 3A 1/8 分子筛3A 1/8 |
500 g |
|
131-13531 |
Molecular Sieves Pack 3A 分子筛3A |
25 g×10 |
|
137-06085 |
Molecular Sieves 4A 1/16 分子筛4A 1/16 |
500 g |
|
130-08655 |
Molecular Sieves 4A 1/8 分子筛4A 1/8 |
500 g |
|
130-06075 |
Molecular Sieves 5A 1/16 分子筛5A 1/16 |
500 g |
|
137-08665 |
Molecular Sieves 5A 1/8 分子筛5A 1/8 |
500 g |
|
131-07085 |
Molecular Sieves 13X 1/16 分子筛 13X 1/16 |
500 g |
|
134-08675 |
Molecular Sieves 13X 1/8 分子筛 13X 1/8 |
500 g |
※ 本页面产品仅供研究用，研究以外不可使用。
相关资料
◆使用方法
1. 在溶剂中添加计算量约3~4倍的合成沸石（或者是分子筛）※1 ※2。
2. 放置24 h并间歇摇晃。
3. 快速干燥的物质需处理1h，干燥困难的物质需花费数日※3。
※1 吸湿容量为合成沸石自身重量的约25%。
※2 最大吸湿容量与计算量的倍数根据不同资料会有差异，所以数据仅供参考。
※3 因吸附物质的不同干燥的时间也会有所不同，所以请根据实际情况调整。
示例：干燥18L 99.5vol%乙醇时（假设残留水分为0.5%）
因为水的比重为1.0，那么18 L中的水分就有90 g（18 L x 0.5(5%) x 1.0=0.09 kg(90 g)）。使用合成沸石的自身重量的25%来吸湿的话，干燥溶剂需要的最低量为360 g（90 g ÷ 0.25(25％)=360 g）。根据这个计算量的3~4倍进行添加，最终需要添加约1,500 g的合成沸石。
◆再生方法
1. 首先需风干去除表面附着的溶剂※4。
2. 在150~180℃下加热2，3 h※5。这时虽然还残余3~5%的水，但不妨碍正常使用。
3. 若需要更严格的干燥或用于难以干燥的极性溶剂时，在真空(10-1～10-3mm Hg)或在干气流中，300~350℃下加热※5 3，4 h。
4. 干燥后，应在干燥器中小心冷却，并密封储存。
※4 若在表面残留溶剂时进行加热处理，可能会引发火灾。
※5 700℃以上会进行分解，请注意加热温度。
◆特性
合成沸石（或分子筛）的吸附特性
（1）吸附特性原理
合成沸石的特异性吸附特性，根据范德华力的物理吸附与存在于结晶中的金属阳离子的静电引力相互作用而增强。在晶格中被吸附的水分等解吸时也不会分解或潮解
（2）吸附与分子大小无关
合成沸石的外部表面积约为全表面积的1%。无法进入细孔内吸附在外表面的大分子量通常为载体体重的0.2~1.0 wt%左右。
（3）被吸附成分的选择性
合成沸石不仅根据分子的大小与形状的不同来分离，也根据极性与不饱和度的差异选择性吸附。这主要是因为晶格中存在金属阳离子。能够进入细孔中的多组分物，挥发性越强、极化越强、不饱和度高的分子越容易被吸附。
例如，合成沸石会强吸附二氧化碳。这是因为二氧化碳分子被金属阳离子中的强正电荷极化，然后吸附。因此，分子的不饱和度越高就会产生越大的极化，可高效分离烯烃、乙炔、饱和烃中的不饱和物质、芳香族等。
合成沸石（或分子筛）的优点
（1）水分浓度可干燥至非常低
在广泛的操作条件下，水分浓度可下降至0.1 ppm以下。硅胶与活性氧化铝无法干燥至此程度。
（2）可在高温中干燥
合成沸石是可在高温干燥流体的干燥剂。在100℃下具有13 wt%的吸附能力，在200℃也有3 wt%的吸附能力。然而硅胶与活性氧化铝在25℃以上就会迅速失去吸附能力，150℃以上几乎不吸收水分。
（3）高选择性
硅胶与活性氧化铝的细孔径分布非常广，会吸附需要吸附物质以外的所需成分。但合成沸石的细孔径控制在0.1nm (1Å)水平，可根据不同的用途选择不同的孔径，达到只吸收杂质，不吸收所需成分的效果。