无机非金属矿物加工-沸石.pptx

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1、沸石,指导老师：讲解：出品人：,沸石组图欣赏,沸石制品组图欣赏,沸石的发现,沸石 最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石”（瑞典文zeolit）。此后，人们对沸石的研究不断深入。 1932年，McBain提出了“分子筛”的概念。,在希腊文中意为“沸腾”（zeo）的“石头”（lithos）,“分子筛”表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料,沸石的分类,常见的沸石分为以下几类：,沸石,按生成和获取方式,按成因,天然沸石,人工合成沸石,内生沸石,外生沸石,以沉积型沸石矿床为主要矿床,沸石的种类,目前发现的天

2、然沸石有43种： 钠沸石、斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、方沸石、片沸石等人工合成的沸石有125种： P型沸石（LGZ-1型沸石）、H型沸石、Na型沸石、Cu型沸石、Ca型沸石、以及八面沸石、人工合成A型沸石、X型沸石、和Y型沸石等,沸石的结构,沸石有很多种，它们的共同特点就是有架装结构，分子中间形成很多空腔。这些空腔里还存在很多水分子，在遇到高温时会排出来，比如用火焰去烧时，大多数沸石便会膨胀发泡，像是沸腾一般。 不同的沸石具有不同的形态，如方沸石和菱沸石一般为轴状晶体，片沸石和辉沸石则呈板状，丝光沸石又成了针状或纤维状等等。,各种沸石如果内部纯净的话，它们应该是无色或白色，但是如果内部

3、混入了其他杂质，便会显出各种浅浅的颜色来。沸石还具有玻璃样的光泽。我们知道沸石中的水分可以跑出来，但这并不会破坏沸石内部的晶体结构。因此，它还可以再重新吸收水或其他液体。,沸石的结构,沸石的性质,沸石的工艺特性：离子交换性选择吸附性催化性热稳定性耐酸性无机抗菌性,沸石的性质,沸石的离子交换性：,离子交换性是沸石岩重要性质之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等阳离子和水分子与格架结合得不紧，极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用，交换后的沸石晶格结构也不被破坏。,据国内外某些文献报道，斜发沸石和丝光沸石对阳离子的选择性交换顺序为：碱金属交换序列为CsRbNH KNaLi碱土金属交换

4、序列为BaSrCaMg,沸石的性质,增强沸石离子交换性的方法：1、超细粉碎 粒度的大小直接影响天然沸石的离子交换效果。针对不同粒级沸石超细粉体适用于不同的使用目的，为研究沸石超细粉体的最佳加工粒度提供了理论依据。,沸石的性质,增强沸石离子交换性的方法：2、改性法 在相当长的时间里，在自然界中沸石矿物仅发现在岩石的孔洞或裂隙中，数量有限。为弥补不足，人们就已经开始研究利用离子交换等技术来改变沸石性质。,【实例】用无机酸或有机酸处理沸石分子筛，使其骨架脱铝，可使用的酸有盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸（H4EDTA）等。根据沸石分子筛耐酸性的差异，采用不同浓度的酸进行骨架脱铝。对

5、于耐酸性好的高硅沸石多用盐酸漂法，以抽走骨架中的铝，结构仍保持完好。在骨架铝脱出的同时，孔道中非晶态物质也被溶解，这样减少了孔道阻力。对于耐酸性差的分子筛。但铝含量太低时，沸石分子筛的晶体结构会遭到完全破坏。,沸石的性质,沸石的性质,沸石的选择吸附性： 天然沸石是一种含水架状结构硅铝酸盐矿物质，其吸附原理如下：1、沸石的“分子筛”作用,沸石晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴和通道的体积有的可占沸石晶体体积50%以上，这些空穴和通道在一定物理化学条件下具有精确而固定的直径（310A）。各种不同的沸石其直径也不同，小于这个直径的物质能够被其吸附，而大于这个直径的物质则被排除在外，这种现象被称

6、为“分子筛”作用。,沸石的性质,2、沸石的静电作用 沸石具有较大的静电吸引力，在它的铝硅酸盐格架上的电荷即阳离子晶格上的负电与平衡阳离子正电的电荷中心在空间上是不重叠的，所以在其孔穴中有很大的静电吸引力，因而使沸石对极性物质具有优先选择吸附作用。3、沸石的色散力作用 沸石具有很大的比表面积（达500-800平米/克）因而能产生较大色散力，可用做出色的吸附剂，对于主要由扩散力起作用的吸附过程，在大多数情况下，特别是在低分压范围内，沸石的吸附容量很大，高于其它许多吸附剂，但在高分压范围内，沸石的吸附容量往往很小。,沸石的性质,沸石的选择吸附性的实际应用：,沸石的性质,沸石的催化性： 沸石呈现催化性

7、质的机理主要是由其晶体结构中的酸性位置、孔穴大小以及其阳离子交换性能所决定的。沸石中的Si被A1置换，使格架中的部分氧呈现负电荷。为中和AlO 四面体所出现的负电荷而进入沸石中的阳离子，由此形成了沸石局部高电场和格架中酸性位置的产生；格架中的Si、Al、O和格架外的金属离子一起构成催化活性中心。这些金属离子处于高度分散状态，因而沸石的活性和抗中毒性能优于一般金属催化剂、许多具有催化活性的金属离子(如Cu、Ni、Ag等)，可以通过离子文换进入沸石孔穴，随反应还原为金属元素状态或转化为化合物。 由于沸石的催化活性位置都在晶体内部，反应物分子只有扩散到晶体内的孔穴中才能发生反应，生成物也要经过孔穴才

8、能扩散出来。因此，沸石的孔径大小和连接方式直接影响其催化性能；沸石晶格中相互连通的孔道和孔穴为反应分子自由扩散提供了条件尤其是具有三维孔道的沸石，如且双6元环(D6R)有三维交叉孔道的X型和Y型沸石更有利于反应物的自由出入，因而在石油化工方面常用做催化剂。,沸石的性质,沸石的催化性： 天然沸石一般不能作催化剂，只有采用离子交换法改件为H型沸石后，才能用做催化剂。天然沸石可以作为载体，承载具有催化活性的金属(如Bi、Sb、Ag、Cu及稀土等)，通过金属作用表现出良好的催化性能。沸石的催化性应用实例：1、载银二氧化钛沸石催化剂二氧化钛在环保领域已成为一种重要的光催化物，然而在此应用过程中也存在一些

9、明显的缺陷。提高光催化活性的一个有效办法就是在其表面沉积银等重金属，沉积在二氧化钛表面的银能够接收在二氧化钛反应过程中受紫外光照激发产生的导带电子从而阻碍了导带电子与价带空穴的复合有利于空穴电子对的分离，同时也加速了反应中间过程氧化活性物质的光照激发生成。因此将二氧化钛光催化剂固定在多孔载体如沸石上已成为目前二氧化钛光催化研究的热点,沸石的性质,沸石的催化性应用实例：2.ZSM-5沸石催化焦化苯与乙醇烷基化合成乙苯沸石分子筛上采用廉价的焦化苯与乙醇直接烷基化制乙苯的技术路线具有开发意义和应用价值。沸石分子筛的酸性质(酸种类、酸量、酸强度及其分布等)支配着烷基化反应催化剂的催化性能，因此研究沸石

10、分子筛的酸性质与催化性能的关系有重要的意义。高硅铝比的沸石分子筛有利于乙苯的选择性和催化剂的稳定性ZSM-5沸石具有良好的脱硫性能，焦化苯与乙醇烷基化反应可以合成含硫量较低的乙苯。,沸石的性质,沸石的热稳定性： 沸石的耐热稳定性主要取决于其中Si+Al与平衡阳离子的比例，在其组成交化范围内，一般Si含量越高，热稳定性越好。 沸石的平衡阳离子对热稳定性也有明显影响如富Ca的斜发沸石在500摄氏度以下即发生分解；而当共用K离子交换处理后，升温至800摄氏度仍个会破坏。 天然沸石的阳离子组成是可变的，因而具分解温度不是一个确定值。如菱沸石的分解温度是600865摄氏度，钙十字沸石为260400摄氏度

11、，浊沸石则为345800摄氏度。,沸石的性质,沸石的耐酸性: 天然沸石具有良好的耐酸性能，在低于100摄氏度下与强酸作用2h，其晶格基本不受破坏，丝光沸石在王水中也能保持稳定。因此天然沸石常用酸处理方法进行活化、再生利用和其他目的的利用。 沸石的耐碱性远不如耐酸性好，这是由于沸石晶体格架中存在酸性位置所造成的。当将其置于低浓度强碱性介质中，沸石结构即遭破坏。,沸石的性质,沸石的无机抗菌性：通过物理吸附或离子交换等方法，将银、铜、锌等抗菌活性金属离子交换到沸石上制备成沸石抗菌剂。沸石抗菌剂的发展始于1984年，日本品川燃料公司首次成功开发载银沸石抗菌剂，商品化后获得了广泛地应用。沸石抗菌剂是目前

12、最常用的抗菌剂之一，具有抗菌高效、广谱、持久、可加工性好、安全稳定的特点，国内外对沸石抗菌剂的研究重点主要在原料的改性、沸石抗菌剂的抗菌机理、持久性、变色抑制性、结构化等方面。,沸石的改性工艺,抗菌性原料改性：1、酸处理改性 天然沸石酸处理改性是将沸石粉碎到一定的粒度，然后置于无机酸溶液中浸渍处理一定时间，干燥成改性沸石。 采用无机酸处理沸石的目的主要有：清除沸石孔穴和孔道的Si02、Fe203、有机物质等杂质，从而使孔穴和孔道得到疏通；半径小的H离子置换半径大的Ca、Mg等阳离子，使孔道的有效空间拓宽；增加吸附活性中心。用稀硫酸处理天然沸石，改性处理后的沸石样品的吸附性能有明显的改变；采用盐

13、酸活化的方法，改变天然沸石的孔结构，大幅度提高天然沸石的吸附能力。用酸洗、热处理制备出的沸石抗菌剂抗菌性能良好。经过酸处理改性的沸石，内部孔道得到了疏通，离子交换能力和离子交换容量均得到了提高。,沸石的改性工艺,2、盐处理改性 盐处理通常采用钠离子、氨离子等与沸石进行离子交换，使其中的Na离子、铵根离子置换沸石中的Ca离子、Mg离子等。浸泡将斜发沸石改性为钠型和铵型沸石，用不同的氯化物溶液对沸石淋洗改性，得到不同的改性沸石，改性沸石吸附率均比天然沸石高。经盐处理改性后的沸石提高了离子交换性能。3、碱处理改性 沸石的碱溶液处理改性可以选择性地脱除沸石中的硅，降低沸石的硅铝比，改变与沸石硅铝比相关

14、的性能。沸石经碱溶液处理后介孔的形成，碱处理抽提沸石骨架上的硅，使处理后样品硅铝比发生变化，从而改变了X型沸石的性能。用浓氨水浸泡天然沸石二次交换后制备出沸石抗菌剂，抗菌性能良好。沸石的碱处理改性方法增加了对沸石后处理过程操作的灵活性和可控性。,沸石的改性工艺,4、热处理改性 热处理温度一般是控制在350580摄氏度之间，焙烧时间为90或120min。焙烧的目的是清除沸石孔穴和孔道的有机物等。当热处理温度低于400摄氏度（2小时），斜发沸石的结构未遭破坏，当温度高于600摄氏度时，其结构开始破坏；经1 000摄氏度煅烧后，结构完全破坏。当煅烧温度低于400摄氏度时，热处理有利于斜发沸石交换Cu

15、离子；载Cu离子量随温度的提高有所增加，且经400摄氏度煅烧后的斜发沸石载Cu离子量最大；但当煅烧温度高于600摄氏度时，载Cu离子量则随温度的提高而下降，即高温热处理不利于斜发沸石交换Cu离子。热处理改性在不破坏沸石结构的基础上，可以提高沸石活性，增加其离子吸附性能。,沸石的改性工艺,5、骨架改性。通过改变沸石骨架的硅铝比来增强其吸附性能是近几年出现的新的改性方法。沸石的吸附容量主要取决于铝原子取代四面体硅的数目，铝原子取代硅的数目大，对极性分子或离子的吸附能力也就愈大。沸石骨架元素改性主要是脱铝及补铝，水热合成是改变沸石骨架元素的主要方法。将丝光沸石经Al(0H) 、KCl和NaOH进行铝

16、代硅改性后，仍然保留丝光沸石晶格构造。丝光沸石单位晶胞体积扩大，导致丝光沸石中的空穴体积也增大，使其吸附容量增加。骨架改性后，沸石的吸附和离子交换性能均得到了提高,沸石的性质,沸石除了前几种工艺特性外，还有吸水性和助沸性。 水是极性很强的分子，沸石对水有很大的亲合力。与其他干燥剂相比有其吸水率高的突出特点，可在较广的范围内使用。其吸水量是硅胶或氧化铝的5-6倍。并且高温下仍有高的吸水量，如在100摄氏度吸水量为13，200摄氏度时仍有4。沸石在高速气流中仍有较高的吸水量，通常如气体线速度为30m/min时，沸石的绝热吸水量为16.7。 沸石含有很多小孔 可吸附刚生成的蒸汽 然后从小孔呈小气泡状

17、态排除 防止蒸汽聚合形成大气泡导致暴沸的现象,工业生产中可以用作吸水干燥剂,实验室中用于防爆沸,沸石的用途,沸石的用途,一、农牧业 利用沸石的离子交换性和吸附性，将其掺入土壤中，可明显提高土壤的离子交换件能和吸附性能，从而达到保肥、保水和改良土壤的效果。据介绍，日本许多地区皆在农田中施加沸石粉来中和酸性火山质土壤。施用沸石粉后，水稻、小麦可增产510。我国浙江省施用450900微米沸石粉，水稻培产1020。沸石还用做饲料的添加剂和饲养场除臭用吸附剂等。,沸石的用途,二、建材沸石在建材力面土要在水泥中作活性混合料和在混凝土中作掺和料，起到降低水泥用量，发挥利改善各种功能的作用。由于沸石的离子交换

18、性，它可吸纳混凝土体系中水泥和其他组分带入的Na离子和K离子，从而消除或降低了Na离子和K离子与具有活性二氧化硅组分的集料发生的碱集料反府、提高混凝土的耐久性和使用安全性。天然沸石在110摄氏度时具有很好的发泡性，因此它还是生产轻骨料混凝土及其它轻质建材的原料。,沸石的用途,三、石油和化工沸石可用做催化剂及其载体，以沸石为基本原料的催化剂应用非常广泛，主要领域为：用做石油炼制过程中的裂化催化、液压催化和氢化裂化；用做石油化工中的异构化、重整、烷基化、歧化和转烷基化等。在环保工业中用斜发沸石作催化剂可使环乙醇异构化为羧甲基戊烷；在硫化氢气氛中使碳氢化合物加氢脱蜡等。,沸石的用途,沸石可作干燥剂、

19、吸附剂和气体分离剂用于石化领域，如用天然沸石制成的干燥剂和吸附剂可选择性吸收HCl、硫化氢、氯气、CO、二氧化碳及氯甲烷等气体、可分离天然气中的水蒸汽、二氧化碳和二氧化硫等，提高天然气质量，可分离空气中的氧气、氮气，制取富氧气体和氮气，也可除掉其他有用气体中的痕量氮气。利用沸石的离子交换性，以Na离子初K离子，离子置换法可从海水中提取钾。其中斜发沸石对钾有特殊的选择交换性能，用饱和NaCl溶液在100摄氏度下将斜发沸石改型成Na型沸石，其离子交换容量可进一步提高。从而改善提钾效果。,沸石的用途,四、水处理斜发沸石、丝光沸石因对这些杂质具有强烈吸附作用而用做其净化材料，废水中含Hg、Cd、Pb、

20、Zn、Cu、等重金属阳离子和有机污染物。沸石可吸附水中的金属阳离子，进而可以改善水质、使水软化。沸石甚至可以排除了许多的有机质，降低了矿化度，以及淡化海水等,沸石的用途,五、空气净化材料 以沸石为载体，通过孔道吸附作用活化、抗菌组分在纳米孔道小组装并稳定固化等技术制备的具有无机抗菌和快速吸附除味功能的无机抗陶型除味，可用成为居室、卫生间、汽车内室和电冰箱等局部环境主气的净化产品。,沸石的用途,其他应用：沸石在其他方面的应用主要有：作填料用于造纸、塑料、橡胶工业；还可用于制造新型气相防锈剂、红外辐射材料还可用做热能贮藏。太阳能制冷等；绿光沸石可作食用油吸附并清除杂质；美国研制细粒沸石已用于杀虫剂载体、液态肥料悬浮剂和抗肥料结块剂等；铅沸石用于生产铅酸电池电极等。,小结,总而言之，沸石以其独特的性质，在我们的日常生活中发挥着巨大的作用，而且拥有光明的开发前景。以上就是我们这次沸石讲解的全部内容，大家听懂了吗？,谢谢观赏,WPS Office,Make Presentation much more fun,WPS官方微博kingsoftwps,