分子筛催化剂的性能及应用

文章来源于李莉 陈梦 王伟 中国矿业大学化工学院 221008    中国科技信息 2008 年第 13 期   

分子筛催化剂具有活性高，选择性好，稳定性和抗毒能力强等优点。因此，近十几年来，它作为一种化工新材料发展的很快，应用也日益广泛。特别是在石油的炼制和石油化工方面作为工业催化剂发挥了很重要的作用。本文介绍了分子筛催化剂的组成及应用前景， 并对分子筛的性能做了详尽深入的概述和归纳，同时对新型分子筛做了简单的介绍。

1 分子筛的形成和化学组成 

（1 ）分子筛的孔结构决定了，只有那些直径比较小的分子才能通过沸石孔道 而被分子筛吸附，而构型庞大的分子则由 于不能进入沸石孔穴而不能被分子筛吸附 。 

（2 ）分子筛阳离子和带负电荷的硅 铝骨架本身就是一种极性物质，因此分子筛也可以根据分子的极性，不饱和度及极 化率进行吸附。对于非极性分子，随着极化率的增大，分子筛的吸附量增大。而硅胶和活性炭对不饱和分子没有选择性吸附作用。 

2.2 分子筛的高效吸附性能 

沸石分子筛对 H 2O ，N H3，C O2 等 极性分子有很高的亲和力。而且，在低蒸汽压下，分子筛有显著的吸附能力。分子筛是可用的高温吸附剂，在高于 200 摄氏度的高温下，分子筛仍具有一定的吸附能力，而此时活性氧化铝和硅胶已没有任何吸附作用。 

2.3 分子筛的离子交换性能 分子筛在人工合成时，通常为钠型。但是钠型的分子筛性能不太好。为了改善分子筛的性能，采用离子交换法，用其他阳离子代替钠离子。通过这种离子交换， 大大改变了分子筛的性能，并使分子筛成 为广泛应用的催化剂。分子筛的阳离子交换一般在水溶液中进行。

2.4 分子筛的催化性能 分子筛晶体具有均匀的孔结构，很大的表面积，且表面极性很高，分子筛骨架 结构的稳定性也很高。这些结构性质，使分子筛不仅成为优良的吸附剂，而且成为 良好的催化剂和催化载体。在沸石分子筛 结构内部进行催化反应，始于 2 0 世纪 5 0 年代后期 Mobil 公司的实验室。该发现标 志着分子筛研究的开端。由于分子筛结构中有均匀的小内孔，催化剂反应的选择性 常取决于分子与孔径的大小。这种选择性称为择形催化选择性。择形选择催化共有四种不同的形式。 

（1 ）反应物的择形催化 反应混合物中的某些能反应的分子， 只有直径小于内孔径的分子才能进入内孔，在催化剂部位进行催化反应。反应物 的择形催化在炼油工业中已获得多方面的 应用，油品分子筛脱蜡，重油加氢裂化等 均是。 

（2 ）产物的择形催化 产物混合物中的某些分子过大，难以 从分子筛催化剂的内孔中扩散出来，这些 未扩散出来的大分子或者异构成线度较小 的异构体扩散出来，或者裂解成较小的分子，乃至不断地裂解，脱氢，最终以炭的形 式沉积于孔内和孔口，导致催化剂失活。 

（3 ）过渡状态限制的择形催化 某些反应需要比较大的空间，才能形 成相应的过渡状态，这就构成了限制过渡 态的择形催化。ZSM-5 催化剂常用这种 过渡态选择性的催化反应。可以用它催化 的低分子烃类的异构化反应，裂化反应， 二甲苯的烷基转移反应等。ZSM-5 催化 剂可以阻止结焦，具有比其他分子筛或无 定形催化剂更长的寿命，这对工业生产十 分有利。 

（4 ）分子交通控制的择形催化 在具有两种不同形状和大小的孔道分 子筛中，反应物分子可以很容易地通过一 种孔道进入到催化剂的活性部位，进行催 化反应，而产物分子则从另一孔道扩散出 去，尽可能减少逆扩散，从而增大反应速率。择形选择性催化的较大实用价值，在于利用其表征孔结构的不同。这种催化在炼油工艺和石油化工中也有广泛的应用。