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通过离子交换可以改变沸石分子筛孔径的大小,从而改变其性能,达到择形吸附分离混合物的目的。
沸石分子筛经离子交换后,阳离子的数目、大小和位置发生改变,如阳离子交换阳离子后使沸石分子筛中的阳离子数目减少,往往造成位置空缺使其孔径变大;而半径较大的离子交换半径较小的离子后,则易使其孔穴受到一定的阻塞,使有效孔径有所减小。
利用低硅铝比的沸石分子筛(如 A型,X型等)的极性亲水性,可以进行空气的干燥。另外近年来将乙醇掺入汽油中替代部分汽油受到广泛重视,作为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,使得通过精馏只能得到 95%的乙醇,对于含水量较低的乙醇脱水,沸石分子筛吸附脱水是优的选择。
此方法中应用的沸石分子筛是A 或X型,而KA 型好,这一方面利用了 A型沸石分子筛的极性,另一方面由于KA沸石分子筛的孔道直径约 0.3nm,水分子可自由进入,而乙醇分子直径大于 0.3nm 不能进入沸石分子筛的孔道。此种沸石分子筛脱水工艺是工业上生产燃料乙醇的工艺。
合成沸石分子筛的基本原料有:硅源、铝源、碱源、金属阳离子、其它矿化剂、模板剂和水等。常用的硅源有白炭黑、硅溶胶、固体硅胶、有机硅酸酯、水玻璃等。常用的铝源有偏铝酸钠、硫酸铝、薄水铝石、金属铝、硝酸铝、异丙醇铝、氢氧化铝等。碱源有氢氧化钠,氢氧化钾等。金属阳离子包括碱金属阳离子和碱土金属离子如:Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+等。分子筛合成的矿化剂有两种:氢氧根离子和氟离子。模板剂有各种含氮的有机物、季磷盐等。
分子筛在使用过程中会逐渐失去活性或性能下降,导致其无法再满足使用要求。此时,如果直接废弃分子筛,不仅会浪费资源,还可能对环境造成污染。因此,对废旧分子筛进行回收再利用具有重要意义。
分子筛的回收方法多种多样,主要包括以下几种:
热解法
原理:将废旧分子筛加入有机溶剂中,并在高温下进行脱模,从而得到干净的分子筛。
特点:适用于大批量的分子筛回收,热解。但过程中会产生一定的有机废水和固体废弃物,需要妥善处理。
气流冷却法
原理:将使用过的分子筛在空气中进行热解,然后通过气流将产生的分子筛碎片和颗粒收集起来进行回收和处理。
特点:回收,处理过程简单。但高温热解过程可能释放有害气体,需要采取防护措施。
溶剂萃取法
原理:利用溶剂将分子筛溶解,然后从溶液中分离和收集分子筛。
特点:操作简单易行,适用于分子筛稳定性和可溶性较高的情况。但需注意溶剂对环境的影响和回收成本。
回收分子筛的方法
物理法:利用筛分、破碎、磁选等物理手段,将废旧分子筛中的杂质去除,得到较为纯净的分子筛。这种方法适用于废旧分子筛污染较轻、杂质较少的情况。
化学法:通过化学手段,如溶解、沉淀、离子交换等,将废旧分子筛中的有用成分提取出来,再进行后续处理。这种方法适用于废旧分子筛污染较重、杂质较多的情况。
热解法:在高温下将废旧分子筛进行热解,使其分解成气体、液体和固体产物。其中,气体和液体产物可以通过进一步处理得到有用的化学品,固体产物则可能含有可回收的分子筛成分。
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