ООО Завод Молекулярных Сит "Реал Сорб"
Информация о синтетических цеолитах
Молекулярные сита - это пористые неорганические твердые тела, состоящие из множества пористых кубических цеолитных кристаллов микронных размеров. Цеолитные кристаллы и являются действующим началом молекулярных сит. Термин «Цеолит» описывает семейство кристаллических алюмосиликатов щелочных или щелочноземельных металлов [( Na, K....),( Ca, Md, Sr, Ba...)]
Широкое использование молекулярных сит обусловлено их необычными свойствами: способностью цеолитов обратимо сорбировать водяной пар или различные вещества в газообразном состоянии, катионы цеолитов легко обмениваются на любой другой положительный ион. Сеть полостей и узкие диффузионные пути (поры) приводят к образованию развитой внутренней поверхности большой величины. Внутренняя поверхность цеолитов составляет от 10 000 до 100 000 значений величины внешней поверхности. Эти свойства цеолитов используют в процессах сушки и селекционного разделения.
Наиболее распространенные типы синтетических цеолитов - это типы А; Х ; Y.
Тип А.
Базовый материал
- алюмосиликат натрия с диаметром пор 4
А0 (т.е. 4 нм или 4. 10 -8см ), что
соответствует цеолиту с коммерческим
названием 4А (NaA ). Данную
структуру можно представить следующей
химической формулой:
Na12[Al12Si22O48]* 27H2O.
Замещение катионов натрия на Са
приводит к увеличению диаметра
отверстий до 5А0; этот цеолит имеет
коммерческое название 5А (СаА).
Аналогично, цеолитам с входным
отверстием 3А0 соответствует
коммерческое название 3А (КА); их
получают замещением натрия калием.
Тип Х (фожазит).
Данная
кристаллическая структура построена
иным образом с получением более
широких входных отверстий. Как и для
типа А, исходной структурой является
натриевая форма с входным отверстием
порядка 10А0. Эту структуру можно
представить нижеследующей химической
формулой: Na86[Al86Si106O384]*264H2O
Она соответствует молекулярным ситам
13Х ( NaX). Тип Y. Имеет ту же
кристаллическую структуру, что и тип Х,
но иной химический состав. Тип Y
применяют преимущественно в области
катализа (каталитический крекинг).
Стабильность.
Молекулярные сита относительно стабильны как химически, так и термически. При предварительном восстановлении активности молекулярные сита подвергают воздействию температур порядка до 700 0С. Однако для регенерации (использование свойства обратимости адсорбции) достаточно температуры 200-300 0С. С химической точки зрения, погружение в воду не приводит к разрушению, в разбавленных щелочных растворах стабильность тоже хорошая. С другой стороны, кристаллический каркас разрушается под воздействием сильных кислот. Некоторые соли обмениваются своим катионом с катионом цеолита. Форма частиц цеолитов. Природные цеолиты образуют агломераты, а синтетические цеолиты получаются в виде мелких кристаллов с размерами частиц порядка нескольких микрон( 1-6). В связи с этим их применение в промышленности затруднено. Следовательно, молекулярным ситам необходимо «придать форму» - получить частицы диаметром в несколько миллиметров, по этому цеолиты необходимо гранулировать с определенным связующим веществом. Этот метод, в зависимости от условий, позволяет получить экструдаты диаметром от 1 до 5 мм или шарики от 0,5 до 6 мм.
Области применения цеолитов.
Ввиду особых свойств, таких, как способность к обратимой адсорбции, наличие пор с входными отверстиями строго определенных размеров, большая величина внутренней поверхности, молекулярные сита можно использовать в трех направлениях: разделение веществ в зависимости от размеров молекул; разделение веществ в зависимости от полярности молекул; разделение веществ с помощью ионообменного механизма. Три приведенные методики дают нам пять возможных областей применения:
1. сушка газа или жидкости;
2. очистка газа или жидкости;
3. разделение смесей углеводородов различного строения;
4. осушка воздуха;
5. умягчение водных потоков от катионов тяжелых металлов и поглощение радионуклидов в атомной энергетике.
Во многих случаях возможно применение цеолитов вместо других адсорбентов типа активированного угля, селикагеля и алюмогеля. Свойства цеолитов и возможности их использования исследовались во многих областях науки: неорганической, органической, физической и коллоидной химии, биохимии, минералогии, геологии, химии поверхности, океанографии, кристаллографии, катализе и во всех отраслях химической технологии. Среди разнообразных примеров использования цеолитов достаточно назвать: выделение и очистку нормальных парафиновых углеводородов, каталитические реакции углеводородов, сушку хладагентов, разделение компонентов воздуха, получение носителей для катализаторов, процессов вулканизации пластмасс и резины, извлечение радиоактивных изотопов из жидких отходов атомной промышленности, выделение двуокиси углерода и сернистых соединений из природного газа, получение вакуума с использованием цеолитных ловушек, отбор проб воздуха на больших высотах, выделение ферментов, разделение изотопов водорода, удаление примесей загрязняющих атмосферу, таких как двуокись серы. Катализаторы крекинга на основе кристаллических цеолитов были впервые использованы в 1962 году, а в настоящее время на этих катализаторах работает около 95% установок крекинга. Внедрение цеолитных катализаторов позволило сократить капиталовложения на сумму несколько сот миллионов долларов в год.
