بنية وخصائص المناخل الجزيئية
المناخل الجزيئية (1) التحكم في حجم الحبوب وشكلها حجم المسام لمعظم المناخل الجزيئية الزيوليت أقل من 1 نانومتر. عندما تتفاعل المواد العضوية الجزيئية الصغيرة في مسام الزيوليت ، سيتم تقييد الانتشار إلى حد ما ، مما سيؤثر على استخدام المسام والأداء الحفاز. إن تقليل حجم الحبوب وتغيير شكل الحبوب هو الوسيلة لتحسين أداء الانتشار الجزيئي ومعدل استخدام قنوات المسام. مسار انتشار الحبوب الصغيرة أو الغربال الجزيئي النانوي أقصر من مسار المنخل الجزيئي الكبير للحبوب ، وسيتم تحسين معدل استخدام قناة المسام بشكل كبير ، وسيتم أيضا تقليل النشاط الحفاز. هناك تحسن. (2) مركب المسام متعدد المستويات معظم المواد المسامية التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن لديها أوجه قصور مثل ضعف الاستقرار الحراري ، وعدم وجود مراكز حمض سطحية بقوة معينة ، وسهولة فقدان مراكز الحمض. السبب الرئيسي هو أنه على الرغم من أن المواد المذكورة أعلاه قد طلبت قنوات متوسطة المسامية ، إلا أن هيكلها العظمي عبارة عن بنية غير متبلورة. على الرغم من أن المناخل الجزيئية الزيوليت تتمتع باستقرار هيكلي جيد ومراكز حمض قوية ، إلا أن هناك قيودا على الانتشار الجزيئي ، مما يؤثر على نشاطها الحفاز وانتقائيتها. ومن المتوقع أن تجمع المركبات المسامية الهرمية المسامية الدقيقة والمتوسطة المسامية أو الكبيرة المسامية بين مزايا كليهما وتمارس مزاياها في التطبيقات العملية. من المتوقع أن تستخدم المناخل الجزيئية الزيوليت الهرمية في المسام في بعض التفاعلات التحفيزية الجزيئية الأكبر حجما والتفاعلات الحفازة في الطور السائل. (3) غربال جزيئي ثنائي الكريستال إن الطبيعة الحفازة للغربال الجزيئية البلورية المشتركة هي في الواقع التعديل الدقيق للمسام والحموضة ، وهي وسيلة لتحسين أداء المحفزات. تم تحسين الأداء الحفاز للغربال الجزيئية البلورية بشكل كبير. على سبيل المثال ، عندما يتم استخدام المناخل الجزيئية البلورية المشتركة ZSM-5 / ZSM-11 (MFI / MEL) في تفاعل MTG ، يمكن ضبط مكونات البنزين في نطاق واسع. (4) التعديل السطحي للغربال الجزيئي وتحسين استقراره الحراري المائي يعد الاستقرار الحراري والاستقرار الحراري المائي أحد الخصائص المهمة لمحفزات الغربال الجزيئي التي يجب التحقيق فيها. تتطلب العديد من التفاعلات الحفازة الصناعية استقرارا حراريا عاليا للمحفزات ، وخاصة الاستقرار الحراري المائي. وغالبا ما تحدد حياة المحفزات واختيار عمليات التفاعل. مفتاح. إذا أخذنا تفاعل التكسير الحفاز ل CTE كمثال ، لأن التفاعل يتم في ظل ظروف البخار ، فإن تحسين الاستقرار الحراري المائي للمحفز هو المفتاح لتطوير محفزات CTE. أظهرت النتائج أنه يمكن تحسين استقرار المركز النشط للمادة الحفازة تحت بخار الماء عن طريق تجميع وتعديل المركز النشط الحفاز للمادة المسامية بمركبات أكسيد الفوسفور وإدخال ذرات غير متجانسة إطارية.
الخصائص التحفيزية للغربال الجزيئي
(1) متطلبات النشاط للتفاعل الحفاز: مساحة سطح محددة كبيرة ، وتوزيع موحد للمسام ، وحجم مسام قابل للتعديل ، واختيار الشكل الجيد للمواد المتفاعلة والمنتجات ؛ هيكل مستقر ، قوة ميكانيكية عالية ، مقاومة عالية لدرجة الحرارة (400 ~ 600 درجة مئوية) ، استقرار حراري جيد ، بعد التنشيط والتجديد قابل لإعادة الاستخدام ؛ غير قابلة للتآكل للمعدات وسهلة الفصل عن منتجات التفاعل ، في الأساس لا يتم توليد "ثلاث نفايات" في عملية الإنتاج ، ومحفز النفايات سهل التعامل معه ولا يلوث البيئة. على سبيل المثال ، يتضمن نظام البحث الخاص بالتحفيز الانتقائي للشكل تقريبا كل تحويل وتوليف الهيدروكربونات ، بالإضافة إلى التحويل الحفاز للكحول وغيره من النيتروجين والأكسجين والمركبات العضوية المحتوية على الكبريت والكتلة الحيوية ، والتي تعد أبحاثا أساسية وأبحاثا تطبيقية وصناعية. لقد فتحت التنمية مجالا واسعا. لا تستخدم بعض المناخل الجزيئية المحتوية على الزيوليت المحتوية على المعادن الانتقالية فقط في أنظمة التحفيز الحمضية القاعدية التقليدية ، ولكن أيضا في عمليات تحفيز تقليل الأكسدة. (2) التحفيز الفعال للغربال الجزيئية الزيوليت بالنسبة للغربال الجزيئية الزيوليت المستخدمة في التحفيز الصناعي ، فإن الأداء العالي هو الشرط والهدف الأساسيين. نوع وعدد المراكز النشطة للمواد الحفازة وأداء انتشار المسام الدقيقة هي العوامل الجوهرية التي تؤثر على نشاطها الحفاز. ترتبط الانتقائية الحفازة ارتباطا وثيقا بانتقائية شكل قنوات المسام الدقيقة ، وحدوث التفاعلات الجانبية ، وسرعة انتشار كل جزيء تفاعل. لطالما كان العمر الافتراضي مؤشرا مهما لقياس أداء المواد الحفازة. الموضوع الأبدي للعملية. على فرضية أن نشاط المحفز يلبي المتطلبات ، إذا كان من السهل تجديد المحفز المعطل ويمكن استرداد الهيكل ، أي أنه يمكن تجديده بشكل متكرر ، ثم مع عملية تفاعل مناسبة ، يمكن تحقيق الغرض من إطالة عمر المحفز. لذلك ، فإن الأداء العالي لا يطرح متطلبات أعلى لمواد غربال الزيوليت الجزيئي فحسب ، بل يتطلب أيضا مزيجا متعدد المقاييس وتنسيقا للمواد الحفازة وعمليات التفاعل وأنظمة هندسة التفاعل ، وأخيرا يمكن المحفزات من تحقيق أداء عال في التطبيقات الصناعية.
محفز المنخل الجزيئي | تصنيف محفزات الغربال الجزيئي
محفز المنخل الجزيئي تنقسم المناخل الجزيئية وفقا لحجم المسام ، وهناك مناخل جزيئية أصغر من 2 نانومتر و 2-50 نانومتر وأكبر من 50 نانومتر ، والتي تسمى المناخل الجزيئية الصغيرة التي يسهل اختراقها والمسامية والكبيرة على التوالي. يمكن تقسيم المناخل الجزيئية إلى ثلاث فئات وفقا لحجم المسام: المناخل الجزيئية الصغيرة التي يسهل اختراقها ، والمسامية ، والكبيرة التي يسهل اختراقها. تتميز المناخل الجزيئية الصغيرة التي يسهل اختراقها بمزايا الحموضة القوية ، والاستقرار الحراري المائي العالي ، وأداء "التحفيز الانتقائي للشكل" الخاص ، ولكن لها أيضا عيوب مثل حجم المسام الضيق ومقاومة الانتشار الكبيرة ، مما يحد بشكل كبير من تطبيقها في التفاعلات الحفازة الجزيئية. تتميز المناخل الجزيئية المسامية بخصائص مساحة السطح المحددة العالية ، وقدرة الامتصاص الكبيرة ، وحجم المسام الكبير ، والتي يمكن أن تحل مشكلة نقل الكتلة وانتشارها إلى حد ما. ومع ذلك ، فإن حموضتها الضعيفة وضعف استقرارها الحراري المائي يحد من تطبيقاتها الصناعية. من أجل حل المشكلات المذكورة أعلاه ، طور الباحثون مناخل جزيئية مسامية هرمية ، والتي تجمع بين مزايا المناخل الجزيئية المسامية والصغيرة التي يسهل اختراقها ولها آفاق تطبيق لا حصر لها في مجال البتروكيماويات.
ما المنخل الجزيئي؟
يتم تعريف المناخل الجزيئي ، الذي غالبا ما يطلق عليه الزيوليت أو المناخل الجزيئية الزيوليت ، بشكل كلاسيكي على أنه "ألومينوسيليكات ذات بنية إطار مسام (قناة) يمكن أن تشغلها العديد من الأيونات الكبيرة والماء". وفقا للتعريف التقليدي ، فإن المناخل الجزيئية هي ممتزات صلبة أو محفزات ذات بنية موحدة يمكنها فصل أو تفاعل جزيئات ذات أحجام مختلفة بشكل انتقائي. بالمعنى الضيق ، المناخل الجزيئية هي سيليكات بلورية أو ألومينوسيليكات ، والتي يتم توصيلها بواسطة رباعي السطوح السيليكون والأكسجين أو رباعي السطوح الألومنيوم والأكسجين من خلال جسور الأكسجين لتشكيل نظام من القنوات والفراغات ، وبالتالي لها خصائص جزيئات الغربلة. في الأساس ، يمكن تقسيمها إلى عدة أنواع من A و X و Y و M و ZSM ، وغالبا ما ينسبها الباحثون إلى فئة الحمض الصلب.
ما هو الفرق بين الزيوليت والغربال الجزيئي؟
الزيوليت ، المنخل الجزيئي ، المنخل الجزيئي الزيوليت ، هذه الكلمات سهلة الخلط ، اليوم سنتحدث عن الفرق بينهما: الزيوليت هو نوع واحد فقط من المنخل الجزيئي. نظرا لأن الزيوليت هو الأكثر تمثيلا بين المناخل الجزيئية ، فإن المصطلحين "الزيوليت" و "المنخل الجزيئي" يتم الخلط بينهما بسهولة من قبل المبتدئين. المناخل الجزيئية عبارة عن سيليكات بلورية أو ألومينوسيليكات ، تتكون من رباعي السطوح من السيليكون والأكسجين أو رباعي السطوح من الألومنيوم والأكسجين متصل بواسطة جسور الأكسجين لتشكيل حجم جزيئي (عادة 0.3 نانومتر إلى 2.0 نانومتر) قناة ونظام تجويف ، وذلك للحصول على خصائص جزيئات الغربلة. المنخل الجزيئي عبارة عن بلورة مسحوق مع بريق معدني ، والصلابة 3-5 ، والكثافة النسبية 2-2.8. في حين أن الزيوليت الطبيعي له لون ، فإن الزيوليت الصناعي أبيض وغير قابل للذوبان في الماء ، ويزداد الاستقرار الحراري ومقاومة الأحماض مع زيادة نسبة تكوين SiO2 / Al2O3. الفرق الرئيسي بين الاثنين هو في الاستخدام. الزيوليت طبيعي بشكل عام ، بأحجام مسام مختلفة. طالما أن هناك تجاويف ، يمكن أن تمنع الارتطام. في حين أن وظائف المناخل الجزيئية أكثر تقدما ، مثل فحص الجزيئات ، وصنع المحفزات ، والمحفزات بطيئة الإطلاق. إلخ ، لذلك هناك متطلبات معينة للفتحة ، وغالبا ما يتم تصنيعها بشكل مصطنع. لا أعرف ما إذا كان لديك فهم أعمق للعلاقة بين الزيوليت والمناخل الجزيئية في شرح اليوم.
طريقة وخصائص تحضير غربال الزيوليت الجزيئي من طين السيليكا والألومينا الطبيعي
المنخل الجزيئي الزيوليت هو نوع من بلورات سيليكات الألومنيوم ذات بنية المسام العادية ، والتي تستخدم على نطاق واسع في فصل امتصاص الغاز ، والتحفيز الصناعي ، والتحكم في تلوث أيونات المعادن الثقيلة وغيرها من المجالات. غالبا ما يستخدم التوليف الحراري المائي للمناخل الجزيئية التقليدية الزيوليت المنتجات الكيميائية التي تحتوي على السيليكون والألمنيوم والقوالب العضوية كمواد خام ، وهي ليست باهظة الثمن فحسب ، بل تلوث البيئة أيضا. في السنوات الأخيرة ، مع تعميم مفهوم "الصناعة الكيميائية الخضراء" ، يتمتع طين السيليكا والألومينا الطبيعي مثل الكاولين والمونتموريلونيت والمستقيم واللايت بمزايا الاحتياطيات الوفيرة والسعر المنخفض. لقد أظهرت إمكانات كبيرة ، وتشمل طرق التوليف الخاصة بها بشكل أساسي طريقة البذور وطريقة الطور الصلب بمساعدة البخار والطريقة الخالية من المذيبات. 1. طريقة البذور منذ أن أبلغ هولمز وآخرون عن إنتاج منخل جزيئي ZSM-5 عالي النقاء مع الكاولين الطبيعي كمصدر للسيليكون ومنخل جزيئي تجاري كبلورة بذور ، يمكن لطريقة بلورة البذور أن تقصر بشكل كبير فترة تحريض التوليف ، وتمنع تكوين وتنظيم البلورات غير المتجانسة. أصبحت التأثيرات الممتازة مثل حجم الحبوب ، بالإضافة إلى خصائص عملية التوليف الخضراء ، والتشغيل البسيط والمريح ، وعدم وجود عامل قالب عضوي للتوليف وتقليل تكلفة الإنتاج بشكل كبير ، أحد الطرق التمثيلية للتوليف الأخضر للمناخل الجزيئية الزيوليت. تميل آلية توليف المناخل الجزيئية للزيوليت القائمة على الطين بواسطة بلورات البذور إلى آلية تخليق الطور السائل ، أي أن بذور الزيوليت تذوب جزئيا في المرحلة المبكرة من التبلور لتشكيل شظايا صغيرة مع بنية الوحدة الأولية للمناخل الجزيئية الزيوليت ؛ في الوقت نفسه ، يتم تنشيطها بواسطة طين السيليكا والألومينا الطبيعي يتم إذابة أنواع السيليكا والألومينا النشطة المتولدة متعددة المكثفات لتشكيل هلام الألومينوسيليكات ، والذي سوف يغلف تدريجيا شظايا بلورة البذور ، ويتبلور تحت التوجيه الهيكلي لبلورة البذور لتشكيل هيكل قشرة مع بلورة البذور كنواة. مع إطالة وقت التبلور ، يولد هلام الألومينات غير المتبلور تدريجيا وحدات هيكلية للمنخل الجزيئي الأولي ، والتي تترسب من القشرة إلى القلب من خلال بلمرة التكثيف ، وأخيرا تحويل البوليمرات الجيومعدنية النشطة التي تشكلت عن طريق إزالة البلمرة الطينية. تصبح المنخل الجزيئي الزيوليت. 2. طريقة توليف المرحلة الصلبة ميزة هذه التقنية هي أن المواد الخام لتوليف المنخل الجزيئي الزيوليت يتم وضعها في مرحلة بخار مذيب التفاعل وعامل توجيه الهيكل لتخليق التبلور باستخدام الفاصل. بالمقارنة مع عملية التوليف الحرارية المائية التقليدية ، تم استخدام نظام تخليق المرحلة الصلبة على نطاق واسع من قبل الباحثين في السنوات الأخيرة ل ZSM-5 ، في تخليق الزيوليت مثل SSZ-13 و SAPO-34. إن عملية التبلور للمناخل الجزيئية الطبيعية القائمة على الطين السيليكا والألومينا المحضرة بواسطة تقنية تخليق الطور الصلب أكثر انسجاما مع آلية التبلور ثنائية الطور بين تخليق الطور الصلب والطور السائل. أي أنه في المرحلة الأولى من تبلور المناخل الجزيئية الزيوليت الاصطناعية ذات الطور الصلب ، يتم إذابة طين السيليكا والألومينا الطبيعي تحت التأثير المزدوج لبخار الماء وأيونات هيدروكسيد قلوية قوية متصلة بسطح المادة الخام الصلبة ، ويتم إنشاء أنواع السيليكون والألمنيوم النشطة. ، وأخذ زمام المبادرة في التبلور إلى بلورات المنخل الجزيئي الزيوليت. مع إطالة وقت التبلور ، تمتص بلورات الزيوليت أنواع السيليكون والألمنيوم الأكثر نشاطا من محيطها ، وتنمو تدريجيا باتباع آلية أوزوالد تحت تأثير Na + وعوامل توجيه الهيكل. في بيئة البخار ، يزداد نقل الكتلة ونقل الحرارة لأنواع السيليكون والألمنيوم النشطة في البيئة المحيطة بالنواة البلورية بشكل كبير ، مما لا يقلل فقط من نشاط سطح الجيوبوليمر ، ولكن أيضا يجعل القالب العضوي متصلا بسهولة بسطح المادة الخام الصلبة. كما أنه يعزز المزيد من إزالة البلمرة وإعادة ترتيب البوليمرات المعدنية الأرضية ، وبالتالي تسريع معدل نمو البلورات. على الرغم من أن تحضير المناخل الجزيئية الزيوليت القائمة على الطين بواسطة تقنية تخليق الطور الصلب يتغلب على خصائص التوليف الخضراء لكمية كبيرة من المذيبات الاصطناعية ، فإن عملية التوليف الفعلية مرهقة للغاية ، والضغط في النظام كبير جدا أثناء التبلور ، ويتم خلط منتجات التوليف. لا تزال سلسلة من المشاكل العملية غير قادرة على تطبيقها صناعيا. 3. طريقة خالية من المذيبات من أجل التغلب على مشاكل كمية كبيرة من تصريف المحلول القلوي لتلويث البيئة ، وانخفاض العائد لكل غلاية والضغط العالي لنظام التوليف بسبب استخدام ماء المذيبات في التوليف التقليدي للمناخل الجزيئية الزيوليت ، ظهرت تقنية التوليف الخالي من المذيبات للمناخل الجزيئية الزيوليت القائمة على الطين. نظرا لأن التوليف الخالي من المذيبات للمنخل الجزيئي الزيوليت ينتمي إلى التفاعل بين الحالة الصلبة والصلبة ، فلا يتم إضافة أي مذيب في عملية التوليف ، وبالتالي يتم التخلص تماما من مشكلة تفريغ المذيبات وضغط التوليف الناجم عن إنتاج الزيوليت. في الوقت الحاضر ، يعتقد أن التوليف الخالي من المذيبات للمناخل الجزيئية الزيوليت القائمة على الطين يتبع آلية انتقال الطور الصلب. وهذا يعني أنه في عملية تبلور الزيوليت ، يمر بأربع مراحل من الانتشار والتفاعل والتنوي والنمو. الفرق بين تخليق بلورات البذور الحرارية المائية وتوليف الطور الصلب بمساعدة البخار هو أنه في عملية التوليف الخالي من المذيبات للمناخل الجزيئية الزيوليت ، لا يوجد انحلال للمواد الخام ذات الطور الصلب ولا المشاركة المباشرة للطور السائل في نواة المنخل الجزيئي ونمو البلورات. في عملية تخليق الزيوليت ، لا يمكن أن يؤدي إطالة وقت الطحن وزيادة قوة الطحن إلى زيادة فرصة الاتصال بين الجزيئات فحسب ، مما يؤدي إلى الانتشار التلقائي للجزيئات ، ولكن أيضا زيادة الطاقة الخالية من السطح لمكونات التفاعل ، وبالتالي زيادة إجمالي الطاقة الحرة لتخليق الزيوليت. قصد. أثناء عملية التبلور ، اعتمادا على الفراغات الوفيرة واختلافات تدرج التركيز بين واجهات الطور ، تتبلمر أنواع السيليكون والألمنيوم النشطة الناتجة عن تنشيط وإزالة بلمرة طين السيليكو الألومينا الطبيعي ، وتشكل تدريجيا "نواة بلورية" أولية ، ثم باستمرار التكثيف المتعدد ، شكل التكثيف وأخيرا تتحد في بلورات مفردة منخل جزيئي.