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、二價陽離子如K+、Na+和Ca2+、Ba2+等。它在結(jié)構(gòu)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。根據(jù)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：(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O，M代表金屬離子(人工合成時通常為Na)，n代表金屬離子價數(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、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)

二、分子篩

由于AlO4四面體具有一個負(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金屬陽離子或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(xiàn)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(xiàn)出親水性。 [2]  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。每個氧環(huán)的氧原子數(shù)目為4～12個。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υS多反應(yīng)有高活性、高選擇性的催化劑。

三、干燥及凈化領(lǐng)域的應(yīng)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，可以進行空氣的干燥。另外近年來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(yīng)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，水分子可自由進入，而乙醇分子直徑大于 0.3nm 不能進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)境帶來了嚴(yán)重的危害。

四、吸附分離領(lǐng)域的應(yīng)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出售，資源浪費十分嚴(yán)重。但混合二甲苯的四個異構(gòu)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(jié)晶法、深冷結(jié)晶法等是傳統(tǒng)的分離方法，但它們的共同缺點是能耗大、設(shè)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(jié)構(gòu)的特殊性及種類的多樣化，以沸石分子篩為吸附劑來分離混合二甲苯具有很好的應(yīng)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(wěn)定性較差。于是，Li+、堿土金屬混合陽離子交換后的 A型沸石分子篩具有較高的 N2/O2選擇分離系數(shù)、N2吸附容量和較高的熱穩(wěn)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。人們對其進行了各種離子交換，其 N2/O2分離選擇性較高且熱穩(wěn)定性較好。

（3）提高汽油辛烷值。由于異構(gòu)烷烴的辛烷值大大高于正構(gòu)烷烴，因此利用吸附分離法可以脫除正構(gòu)烷烴。實際應(yīng)用中一般將吸附分離與 C5/C6烷烴異構(gòu)化相配合，將通過吸附分離出來的正構(gòu)烷烴進行異構(gòu)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，它的有效孔徑可增大至 0.5nm，能滿足此分離的要求，分離中烴類混合物通過吸附床層，正構(gòu)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入其孔道中被吸附，異構(gòu)烷烴的分子尺寸較大不能進入，則流出吸附床層為富含異構(gòu)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(gòu)烷烴脫附送去異構(gòu)化反應(yīng)。