Aký je pomer kremíka a hlinitého molekulového sita zeolitu

Aký je pomer kremíka a hlinitého molekulového sita zeolitu?

Pomer oxidu kremičitého a hlinitého (SiO₂/AlO₃molárny pomer) je kľúčovým regulačným parametrom pre výkon jadra molekulových sít zeolitu, ktorý priamo ovplyvňuje ich rámcovú stabilitu, distribúciu kyslých miest a topológiu pórov. Dozvieme sa o typových-charakteristikách, štruktúre{2}}výkonnostných vzťahov zeolitových molekulových sít s rôznymi pomermi kremíka-hliníka, ako aj o ich aplikačnej kompatibilite v petrochémii, ochrane životného prostredia atď.

Definícia pomeru oxidu kremičitého a hlinitého

• Pomer oxidu kremičitého a oxidu hlinitého sa vzťahuje na molárny pomer alebo atómový pomer (Si/Al) kremíkového -kyslíkového štvorstenu (SiO₄) na hliník-kyslíkový štvorsten (AlO₄) v rámci molekulového sita. A jeho hodnota určuje hustotu náboja konštrukcie a spôsob kompenzácie katiónov.
• Molekulové sito s nízkym pomerom oxidu kremičitého a oxidu hlinitého má vysokú hustotu záporného náboja v rámci a vyžaduje veľkú kompenzáciu katiónov. Konštrukcii molekulového sita s vysokým pomerom oxidu kremičitého a oxidu hlinitého dominujú silné väzby Si-O-Si a jeho topologická štruktúra je vysoko tepelne stabilná. Pomer oxidu kremičitého a hlinitého reguluje silu kyseliny, distribúciu veľkosti pórov a hydrofóbnosť molekulového sita, vďaka čomu je vhodný pre rôzne priemyselné scenáre.

Klasifikácia zeolitového molekulárneho sita

Mechanizmus regulácie pomeru oxidu kremičitého a hlinitého

• Regulácia kyslosti: Atómy hliníka sú zdrojom miest Brønstedovej kyseliny a pomer oxidu kremičitého a hlinitého priamo ovplyvňuje hustotu a silu kyseliny: Keď sa pomer oxidu kremičitého a hlinitého zvýši z 20 na 150, celkové množstvo miest so slabou kyselinou (desorpcia pri 120 stupňoch) a miest so silnou kyselinou (desorpcia pri 400 stupňoch) HZSM-5 sa zníži o 405 %. Podiel silných kyslých miest vo vysokom pomere oxidu kremičitého a oxidu hlinitého (ako je ZSM-5-300) klesá, čím sa inhibuje vedľajšia reakcia prenosu vodíka a selektivita propylénu sa zvyšuje na 81,5 %.
• Štruktúra pórov a adsorpčný výkon: Keď sa pomer oxidu kremičitého a hlinitého molekulového sita ZSM-22 zvýši zo 40 na 130, objem pórov sa najprv zvýši na 0,25 cm³/g a potom sa zmenší na 0,18 cm³/g, because the framework shrinkage is aggravated under high silicon conditions. ZSM-5 molecular sieve with a silica alumina ratio of >100 má adsorpčnú kapacitu 41 mg/g pre toluén, čo je o 70 % viac ako u ZSM-5 s pomerom silika-alumina 38, pretože zvýšená hydrofóbnosť znižuje konkurenčnú adsorpciu molekúl vody.
• Tepelná stabilita a hydrotermálna odolnosť: Nízky-silikónový Y-typ (SiO₂/Al₂O₃=2) podlieha kolapsu kostry pri 660 stupňoch, zatiaľ čo vysoko-kremíkový ZSM-5 (SiO₂/Al₂O₃>30) odoláva teplotám až 900 stupňov. Keď sa pomer oxidu kremičitého a hlinitého v katalyzátore Cu/SSZ-13 zvýši zo 6 na 16, miera retencie aktivity SCR sa zvýši zo 45 % na 85 % po hydrotermálnom spracovaní pri 800 stupňoch/16 h, v dôsledku zníženia rýchlosti dealuminácie.

Stratégia prispôsobenia pomeru oxidu kremičitého a oxidu hlinitého v priemyselných aplikáciách

• Fluidné katalytické krakovanie (FCC): Keď je pomer oxidu kremičitého a hlinitého v molekulovom sitku USY 6-8, selektivita koksu sa zníži o 2,5 percentuálneho bodu a výťažok ľahkého oleja sa zvýši o 3 %.
• Metanol k olefínom (MTO): Keď je pomer oxidu kremičitého a hlinitého molekulového sita SAPO-34 0,3 až 0,5, selektivita etylén/propylén dosiahne 80 %. Príliš vysoký pomer oxidu kremičitého a oxidu hlinitého urýchľuje ukladanie uhlíka polycyklických aromatických uhľovodíkov a spôsobuje deaktiváciu.
• Adsorpcia VOCs: Adsorpčná kapacita molekulového sita ZSM-5 s pomerom oxidu kremičitého a hlinitého 300 pre benzénové série je 120 mg/g a doba penetrácie je predĺžená na 66 minút, čo je lepšie ako pri 40 mg/g aktívneho uhlia.
• Odstraňovanie NOx: Keď je pomer oxidu kremičitého a hlinitého katalyzátora Cu/LTA 16-23, miera konverzie NOx zostáva 90 % po hydrotermálnom starnutí pri 600 stupňoch, čo má vysokú aktivitu aj trvanlivosť.
• Riadené uvoľňovanie liečiva: Molekulové sito zeolitu typu A s nízkym pomerom oxidu kremičitého a hlinitého (1,5~2,0) dosahuje trvalé uvoľňovanie ibuprofénu reguláciou veľkosti pórov s rýchlosťou uvoľňovania 95 % za 24 hodín.
• CO₂zachytávanie: amínové-funkcionalizované molekulové sito zeolitu typu X (pomer oxidu kremičitého a hlinitého 2,5) udržuje CO₂adsorpčná kapacita 12 % hmotn. vo vlhkých podmienkach a jej odolnosť voči vode je zvýšená 3-krát.