分子筛中离子交换的位置

㈠ 求离子交换柱层析法和拥有分子筛作用的（叫什么忘了）的两个实验报告或操作详细说明

离子交换层析
Tina 发表于 2006-2-21 12:21:00
材料与仪器

DEAE-32纤维素，pH8.0 0.01 mol/L Tris-HCl，工程菌破碎离心后的上清液；

层析柱

二、 方法与步骤

1） 装柱：

用水清洗层析柱，柱内留存水距底部约1cm，加入18ml介质（凝胶溶液）。

2） 平衡：

加0.01M,PH8.0,tris-HCl缓冲液，直至流出液PH与缓冲液一致。

3） 上样：

用量筒量出上清液体积，再加入等体积缓冲液混合，取EP管留1.5ml。待柱中水流出，至刚好覆盖凝胶表面，靠璧缓慢加样。

4) 用50ml缓冲液洗涤，用EP管随机收集样品穿出液和洗涤穿出液。

5) 洗脱：

将梯度洗涤仪和层析柱连接，洗脱瓶A（混合器）加200µl缓冲液，开口打开至两瓶液面相平，相通管道出无气泡，关闭连接，A中加入6gNaCl溶解，把装置放在梯度混合仪上，开动搅拌器开关，打开A和B的连接通道，层析柱下端连收集器，收集洗脱流出液。

6） 控制流速，约4min/管，2-3ml/管。

分子筛的是凝胶层析
Sephadex G-100凝胶层析
Tina 发表于 2006-2-21 12:27:00
材料与仪器

Sephadex G-100，0.5 mol/L pH8.0 Tris-HCl，浓缩液

层析柱

二、 方法与步骤

1） Sephadex G-100 凝胶预处理

a) 100ml烧杯，称取5克sephadex G-100,加入50ml去离子水，浸泡溶胀24小时。

b) 倾去sephadex G-100溶胀后凝胶上层的水，加入凝胶等体积的1.0 mol/L NaOH液处理，用搅棒轻轻搅动，并浸泡1小时处理后倾去。用去离子水洗涤。洗涤过程中，用倾去法除去细颗粒。其方法是用搅棒将凝胶搅匀（注意不要过分用力搅拌，以防止颗粒破碎），放置数分钟，将未沉淀的细颗粒随上层水倒掉。浮选3-5次，直至上层没有细颗粒为止，再浸泡水洗至PH中性。

c) 将Sephadex G-100凝胶水溶液盛放于抽滤瓶中，用洗耳球塞住杯口，减压抽气30分钟，除去凝胶溶液内的气泡，将脱气后的凝胶溶液轻轻倒入烧杯中，其中盛有1/2去离子水。

2) 装柱

a) 层析柱(1.0Î50cm)用水清洗干净，柱的上、下端联接塑料管接上小乳胶管，装上螺旋夹。将层析柱垂直装好。校直过程用下端绑有钥匙的绳子挂于铁架的不同位置，从多角度校正使柱垂直。打开柱上端口，从柱底下出口管朝柱内注入水，使柱底全部充满水而不留气泡，关闭柱出口。最终柱内留存有2 cm的水。从出口处接上一根直径2 mm细塑管，塑管另一端固定在柱的上端部位。

b) 搅动凝胶溶液（切勿搅动太快，以免空气再逸入），使形成均一的薄胶浆，并立即沿玻棒倒入层析管内，让加入的凝胶在柱内自然沉降，待柱底面上积起约1-2 cm的凝胶床后，打开柱出口水流。随着柱内水的流出，上面不断加入凝胶液，使形成的凝胶床面上有凝胶连续下降（如果凝胶床面上不再有凝胶颗粒下降，应该用搅棒均匀地将凝胶床搅起数厘米高，然后再加凝胶，不然就会形成界面，影响层析效果）。

c) 凝胶沉积到柱内凝胶是否均匀，有否“纹路”或气泡。若层析柱不均一，必须重新装柱。

3） 平衡

柱装好后，使层析床稳定15-20分钟，然后连接洗脱瓶出口和层析柱顶端，用3-5倍体积地缓冲液平衡层析柱。平衡过程中控制上柱缓冲液地进柱操作压保持恒定。保持流速每滴/10秒。直至流出液的PH与上柱缓冲液完全相同。

4） 样品洗脱

a) 上样准备：

i) 上样前打开层析柱上端，先检查凝胶床界面是否平整，如果倾斜不平整，可用玻棒将凝胶床界面轻轻搅起后，再使凝胶自然沉降，形成平整状态的凝胶床界面。用毛细吸管小心吸去大部分清液，然后让液面自然下降，直至几乎露出凝胶床界面。

ii) 样品放入高速离心机，12000r/min、离心5 min。

iii) 上样前吸取50µl样品于EP管中，以备走电泳。

b) 样品上样：

i) 将样品由玻棒引流沿管壁加入到凝胶床面上，注意不要将床面凝胶冲起。同时打开层析柱下面流出液开关（控制流速1滴/20秒），保持层析柱下面流出滴速与上样的滴速一致，控制凝胶床界面不能脱水，并控制样品区带尽量狭窄。

ii) 当1.5ml样品全部加入后，用 1-2 ml的0.5mol/L PH8.0 Tris-HCl洗脱液同上样时一样地保持层析柱下面流出滴速与上样的滴速一致以控制凝胶床界面不能脱水，小心清洗凝胶床界面表面，使黏附着的样品全部洗入凝胶床。

iii) 然后开始控制上样的滴速大于层析柱下面流出滴速，使几乎与凝胶床界面相平的洗脱液液面慢慢提高至凝胶床界面高出2cm左右，封闭层析柱上端。

iv) 保持层析柱上柱洗脱液入口处与层析柱下面流出处有一定势压。控制上柱缓冲液的进柱操作压保持恒定。

c) 洗脱：

用0.1 mol/L PH8.0 Tris-HCl 缓冲液洗脱，用部分收集器收集，4分钟/管（约2-3ml/管），收集约1-30管。

5） 酶活、酶浓度测定，参见2.6.2，2.6.3

6） 最高酶活收集管洗脱液留50µl，以备走电泳。

7） 将酶活较高的收集液10~14管合并，测定总体积为7.1 ml，精确测定酶活性。并用考马思亮蓝测定蛋白浓度。测酶活时体系稀释了200倍，定蛋白时无稀释。

㈡ 分子筛从Na型到H型分子筛进行离子交换时用硝酸铵，为什么不能直接用硝酸或别的酸呢呢

可以肯定的是从Na型到H型的交换是不能直接用酸的，一般用铵盐，比如硝酸铵，氯化铵，这是因为Na型与铵交换先转化为NH4型，再焙烧脱氨，最终成为H型。

㈢ 请问分子筛属何种催化剂，主要应用在哪些领域。

一般含有硅铝的分子筛是酸性催化剂，用在石油产品的加工，比如FCC（催化裂化）裂化重质组分的芳烃等。还有纯硅分子筛，这类分子筛一般按孔径大小来进行分类的，比如5A，10A等分子筛，一般是用做干燥剂或者吸附剂等。
我只能给你这么粗浅的概念，具体的你得去查资料。

㈣ 要通过分子筛、离子交换、亲和层析从一稀蛋白混合物中纯化出目的蛋白，上述三种层析的顺序怎么安排合理

浓度低的话可以先亲和，减小体积。然后离子交换，最后分子筛，顺便除盐。但离子交换下来体积不能太大。否则就要先分子筛了。

㈤ 分子筛上离子交换后为什么孔径变大

我公司脱水装置配的美国4A分子筛。另外，分子筛并不是我们想象中的筛子，它是一种吸附剂，颗粒状。 分子筛型号要自己去查，通过比它孔径小的分子，

㈥ NaY分子筛如何进行NH4离子交换

NaY分子筛对NH4+的吸附（离子交换）属于化学吸附
反应方程式及机理如下图所示：
有疑问可以追问。

㈦ 4A分子筛的性质功能

离子交换性能----软化水质功能： 4A分子筛骨架中的每一个氧原子都为相邻的两个四面体所共有，这种结构形成了可为阳离子和水分子占据的大晶穴，而且这些阳离子和水分子有较大的移动性，可进行阳离子交换和可逆脱水。4A分子筛的离子交换是在带有铝离子的骨架上进行的，每一个铝离子所带的一个负电荷，不仅可以结合钠离子，也可以结合其它阳离子。钙、镁离子可以进入原来钠离子占据的大晶穴，将4A分子筛中的钠离子替换下来----即4A分子筛中的钠离子可进行离子交换，可与硬水中的Ca2+、、Mg2+离子进行交换，从而达到软化水质的目的。 4A分子筛结合钙镁离子的速度比三聚磷酸钠慢，且与镁离子的结合能力较弱。但4A分子筛可将水溶液中少量有害的重金属离子（如Pb2+、Cd2+、Hg2+）能很容易快速除去，对净化水质有着十分重要的意义。 对表面活性剂的吸附性----载液功能： 由于4A分子筛晶体的孔穴结构，加上微粒具有很大的比表面积，所以4A分子筛的吸附性能很强。 对非离子表面活性剂的吸附，4A分子筛是NTA(次氨基三乙酸盐)和碳酸钠的3倍，是三聚磷酸钠（STPP）和硫酸钠的5倍，这个性质对于在附聚成型生产高浓缩洗衣粉中配入更多的表面活性剂，制得洗涤和流动性能好的产品很有意义。通过实验，4A分子筛的液体携带量≥30%，在洗衣粉生产过程中加入4A分子筛，可增加材料流动性，调节粘度，制得产品外观、流动性和抗结块性能力好的产品。 去污力：通过实验对含不同助剂同一配方，改变助剂比较其去污力，发现20%的STPP、20%的分子筛、4%的聚合物去污效果与40%的STPP相当，在无磷配方中20%的分子筛中加入10%的碳酸钠和4.5%的聚合物，可得到去污力十分理想的产品。 抗再沉积性：4A分子筛具有良好的油污附着力，当碳酸钠、CMC、硅酸钠和硫酸钠等助剂中加入沸石后，明显减少尼龙布对油污的吸附。沸石的粒度在0.4-1.0μm时，其分散性比较好，可以防止在织物上附着。 虽然4A分子筛的分散能力不如STPP，但通过与聚丙烯酸钠复配可以解决其对污垢的分散问题。 与其他助剂的配伍性： 4A分子筛与其他助剂得当可以使其性能互补，4A分子筛对污垢的分散性及对硬度离子的螯合性不如STPP，但4A分子筛与STPP混用，去污力可达到单一用STPP的效果。这是因为STPP能自固体表面快速络合钙镁离子，并通过水介质传给4A分子筛。4A分子筛结合镁离子能力差，可通过在分子筛中复配硅酸盐、碳酸盐得到补偿。 PH缓冲作用：4A分子筛呈碱性，1%的水溶液PH在11.0，因此具有一定的缓冲碱度。 安全性：4A分子筛无毒，对人体高度安全。对眼睛、皮肤无刺激，不会导致过敏，使用安全可靠。在洗涤后沉积于土壤中，不造成污染，而且还可以改良土壤，4A分子筛对生态无不良影响。

㈧ 什么是分子筛离子交换 具体原理是什么

举个例子，你要做ZSM-5分子筛，做出来以后，里面是含有Na的，但是你用的时候不想它有含有Na，那就要用到离子交换，可以用氯化铵把分子筛里面的钠离子用铵离子替换出来，其实就是个反应，不知道你懂了没！

㈨ 分子筛是什么啊什么原理啊.

1932年,McBain提出了“分子筛”的概念.分子筛是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质.分子筛的应用非常广泛,可以作高效干海燥剂、选择恒性吸附业剂、催化剂、离子工交换剂等,但有用化学原限广泛料公合成分子筛司使成本很用高.常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通常为0.2 nm）的孔道和空腔体系,因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力.
原理 吸附功能：分子筛对物质的吸附来源于物理吸附（范德华力）,其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场,对极性分子（如水）和不饱和分子表现出强烈的吸附能力.
筛分功能：分子筛的孔径分布非常均一,只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛的晶穴内部.
通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同物质的分子,所以被形象的称为“分子筛”.

㈩ 一般物理化学性质及工艺性能

一、沸石的一般物理性质

1.孔径

沸石内部具有大量的均匀的微孔，微孔的体积占沸石晶体体积的50%以上。其孔径与一般物质的分子大小的数量相当，一般孔穴(笼)为0.6nm～1.5nm，孔道直径为0.3～1.0nm。而其他几种多孔性物质，如活性炭、多孔硅胶、活性氧化铝的孔径不均匀，从零点几纳米到几千纳米。图18－20是几种多孔性物质的孔径分布情况，从图中可以看出，只有沸石的孔径是非常均匀的，其他多孔性物质的孔径分布有一个较宽的范围。

图18－20 几种多孔性物质孔径分布图

2.晶穴(笼)体积

沸石具有蓬松的骨架结构，晶穴体积约占总体积的50%，根据沸石的晶体结构可以计算晶胞体积和晶穴体积。沸石的晶体结构中，有不同的晶穴。例如A型沸石有两种晶穴(笼):α笼和β笼，α笼的大小为1.14nm(对内接的球)，r=0.57nm，V_α=4πr³/3=4×3.14×5.7³/3=0.7757nm³，β笼的大小为0.66nm(对内接的球)，r=0.33nm，V_β=4πr³/3=4×3.14×3.3³/3=0.150nm³，V_α+V_β=0.926nm³，一个A型沸石晶胞的体积为V_A=α³₀=1.816nm³，孔穴率V_A/(V_α+V_β)=926/1816=49.5%。

也可以利用某种吸附质在饱和蒸气压P=P₀时的饱和吸附量以下式计算:

非金属矿产加工与开发利用

式中:d_a———液体吸附量的比重，g/mL;

X_s———饱和吸附量，g/1g沸石;

V_p———晶穴体积，mL/g。

例如:吸附质为H₂O时，25℃时的饱和蒸气压为25mmHg(24g/m³)的吸附量为0.289g/1g沸石，d_w=1g/ml，V_w=X_w/d_w=0.289/1g沸石/1g/mL=0.289mL/g(即1克沸石在此条件下的吸附的水所占的体积)。

孔隙率ρ_t:1克沸石吸附的水的体积V_w/1克沸石的体积V_Z。

非金属矿产加工与开发利用

d_z=1.54g/mL，为4A型沸石的脱水密度。一个A型沸石晶胞的晶穴体积:V_ρ=ρ_t·V=44.5%×V_p=P_*·V×1.861=0.828nm³。

按α笼和β笼的大小计算的体积为0.926nm³，较吸附质测量结果稍大，利用水作吸附质得X、Y型沸石的晶穴体积为0.355mL/g。一般地，加入黏结剂成型后的合成沸石，孔穴体积稍有减少。4A型沸石成型颗粒的孔穴体积为0.231mL/g。5A型沸石成型颗粒的孔穴体积为0.244mL/g，NaX型沸石成型颗粒孔穴体积为0.80mL/g。

3.表面积

与其他多孔性物质相比，沸石具有很大的总表面积，这些表面积主要存在于晶穴的内部。外表面积仅占总表面积的1%左右。将沸石的颗粒视为立方体，立方体的边长等于平均颗粒的大小。例如，将脱水的4A型沸石当成边长为1μm的立方体颗粒，1个颗粒的体积为1μm³=10^－12cm³，4A型沸石的脱水后的密度为1.54g/mL，比容则为:1/1.54=0.65cm³/g，1g沸石含有的1μm的颗粒为:

0.65/10^－12=6.5×10¹¹(颗/g)

一个1μm颗粒的表面积为6×10^－8cm²=6×10^－12m²，则1克沸石的外表面积为:

6.5×10¹¹×6×10^－12m²=3.98m²。

4A型沸石的内表面积的计算:

4A型沸石的晶胞参数为:α₀=1.23nm，每个晶胞中含有一个α笼，α笼可近似地被看成球形，直径为1.14nm，若略去β笼不计，一个α的内表面积为:

4πr²=4π(1.14/2)²=4.0nm²，一个晶胞中含有一个Na₁₂［Al₁₂Si₁₂O₄₈］·27H₂O分子，分子量为2190，1摩尔的任何物质含有6.02×10²³个分子，重量以克为单位，与分子量相同，1克这种物质含有的分子为6.02×10²³/2190个，1克这种物质的内表面为:4.0nm²×6.02×10²³/2190=1100m²。

实际上，在A型沸石中，八元环为相邻的两个α笼的共用。加上晶体不完整，估算的理论内表面积则比实际的内表面积要大些。所以，沸石的表面积主要是指内表面积，常见的多孔性物质及天然矿物的表面积见表18－4。

表18－4 常见的多孔性物质及天然矿物的表面积

4.密度

含水沸石的密度范围一般为2.0～2.3g/cm³，沸石的密度与沸石的结构和阳离子有关。沸石的密度随阳离子的分子量增加而增加。交换了Ba的沸石密度可达2.8g/cm³，常见的几种脱水后的沸石的密度为:4A分子筛为1.54克/cm³，5A沸石为1.57g/cm³，13X分子筛为1.43g/cm³，常见沸石的密度见表18－5。

5.比热

合成沸石的平均比热为0.2×4.186J/(g·℃)。

6.稳定性

沸石在水中呈碱性。达到平衡吸水时的pH值的9～10.5，沸石具有良好的耐酸性和热稳定性。我国浙江丝光沸石的耐酸性试验表明:在2N、4N、6N的HCl和王水中，在90℃温度下处理2小时，晶体结构无破坏，0.1N的NCl中，230℃处理10天，结构均无破坏，当盐酸浓度达10N时，结构才开始破坏，在强酸中，Si/Al>3的沸石(如丝光沸石Si/Al=5)分解沉淀出SiO₂。

沸石的耐热性能很好，在600～700℃的温度下晶体结构不发生变化，如丝光沸石加热至750℃持续10小时，晶体仍部分保持原来的结构，加热至850℃，持续12小时，晶体结构才开始破坏，斜发沸石一般加热至650℃持续12小时，结构不变，800℃下持续12小时，结构破坏，热稳定性仅次于丝光沸石，一般地Si/Al越大，即在组成范围内，硅含量越高，热稳定性越好，因此沸石能在较高的温度条件下使用。

常见沸石的物理性质见表18－5。

表18－5 常见沸石的物理性质

(据中国科学院大连化学物理研究所分子筛组，1978)

二、沸石的吸附性质

一切固体物质表面的原子或分子，与其内部的原子或分子所处的状态是不同的。在固体物质内部，原子或分子所受到的引力是对称的，处在力场饱和的平衡状态，而位于表面的原子或分子，处于不饱和的力场中，所受的力是不对称的，使其固体表面存在过剩的表面自由能，即表面有吸附力场的存在，这是固体表面对气体或液体具有吸附作用的原因。这种吸附力作用的范围较小，一般为0.5nm左右，当被吸附的分子距离力场稍远时，吸附力就迅速减少。当气体或液体进入吸附力场作用范围时就会被吸附，使表面的物质剩余键力抵消，从而降低了固体表面的自由能，固体物质更为稳定。

从理论上讲，一切固体物质的表面都具有吸附作用，实际上，只有多孔性能或很细的粉末物质，由于具有很大的比表面积，即有大量的吸附力场的存在，才具有明显的吸附作用，才能被称为吸附剂，如活性炭、硅胶、沸石、凹凸棒石、海泡石等。

由于沸石内部具有疏松的孔穴、通道、巨大的比表面，强大的饱和力场使其具有优良的吸附性能，而晶穴又较小，那么流体分子则不能避开这种力场的作用，所以，脱水后的沸石对气体分子有液化的趋势，因此对气体分子的吸附量较大。由于孔穴、通道大小均可固定，和普通分子大小相当，所以只有那些直径比孔小的分子才能通过孔道被吸附，而直径大于孔道的分子则不能被吸附，因而具有选择性吸附的性质。另外，沸石和其他类型的吸附剂相比，在较高的温度和较低的吸附质分压下，仍有较高的吸附容量等特点。

1.吸附容量大

脱水沸石，其内部具有很多内表面很大的孔穴，可吸附大量的分子，尤其是对极性分子如H₂O，H₂S，NH₃等或含有极性基团—OH， 的分子以及易极化的分子有很大的吸附容量。这是因为阳离子和带负电荷的硅铝氧骨架所构成的沸石，本身是一种极性物质，其中阳离子给出一个强的局部正电场，吸引极性分子的负极中心，或者是通过静电诱导使易极化分子极化，极性越强的或越易被极化的分子，也就越易被沸石吸附，常见的几种干燥剂的吸水能力(相对湿度为6%)见表18－6及表18－7。

表18－6 常见的几种干燥剂的吸水能力

表18－7 几种干燥剂的吸水能力比值(在不同的相对湿度条件下)

表18－85 A沸石与硅胶吸附能力的比值(25℃，50mmHg)

图18－21 5A分子筛上的选择吸附

从表18－6可见，沸石的吸水能力，较硅胶和氧化铝都高，高氯酸镁的吸水性能虽强，但它的化学活泼性也太强，可使用的范围是有限的。沸石在吸水的同时，还可吸附以下的分子:NH₃，SO₂，CO₂等。吸附能力H₂O>NH₃>H₂S>SO₂>CO₂。

从表18－8中可见，沸石吸附这些分子的能也较硅胶强，这种性质在用沸石处理天然气时，可同时吸附其中的H₂O，CO₂，N₂S等，使天然气中CO₂含量小于50×10^－6，H₂S含量小于5.73mg/m³，5A分子筛在25℃，50×133.322Pa压力下，对H₂S的吸附值可达25%。

2.选择性吸附

沸石的孔穴，孔道大小均匀，固定，和普通分子大小相当，孔穴直径在0.6～1.5nm，孔道直径约在0.3～1.0nm，沸石孔径的大小，决定了可以进入晶穴内部的分子大小，例如，用5A分子筛对正己烷(直径为0.49nm)和分子直径大于0.5nm的苯、四氧萘、甲基环己烷的混合物吸附实验的结果表明:5A分子筛可选择吸附正己烷分子，而对直径大于0.5nm的分子几乎没有吸附作用，见图18－21。其他吸附剂，如硅胶、活性炭的孔径不均匀，对不同大小的分子的吸附几乎不具选择性，表18－9是5A沸石、硅胶、活性炭对烃类的吸附情况，从表中可以看出，沸石对不同大小的分子表现出明显的选择性吸附。从表18－10可以看出，5A分子筛对醇类分子的吸附也显出明显的选择性。

表18－9 几种吸附剂对烃类的吸附

表18－10 醇类的吸附

图18－22 5A分子筛上的吸附等温线(－75℃)

3.对极性分子的吸附量大

在吸附过程中，沸石的孔径大小不是唯一的因素，含有极性基团— ，或含可极化的基团 —等的分子，能与沸石表面发生强烈的作用，在极性分子CO和非极性分子Ar的混合气体中，二者的直径接近:CO为0.28nm，Ar为0.383nm，都小于0.4nm。沸点也接近:CO为－192℃，Ar为－186℃，但CO为极性分子，而Ar为非极性分子，它们在5A型沸石上的吸附曲线如图18－22所示，可以看出它对CO的吸附量远大于Ar。

沸石除具有其特殊性外，也具有一般吸附剂的共性，即吸附量随着吸附质的沸点增高而增大。如乙烷(0.44nm)沸点－88℃，CO(0.28nm)沸点－192℃，乙烷直径虽较CO大，但由于乙烷沸点高出很多，沸石对乙烷的吸附能力大于CO，在同一种沸石上，乙烷在25℃、700×133.322Pa条件下，吸附量为10.2%，而CO在0℃、750×133.3Pa时吸附量仅为5.1%，且乙烷是非极性分子，CO为极性分子，这说明在此条件下，吸附质沸点不同所引起的吸附强弱差异超过了极性因素的作用，不能再由极性与非极性分子间的差异决定选择性了。

沸石对不饱和化合物的分子也有较强的吸附能力，且不饱和度越大，吸附能力也越强，从表18－11可见，沸石较硅胶、活性炭吸附剂有较强的吸附不饱和烃的能力。

表18－11 沸石对不饱和分子的吸附

4.高温、低分压下的吸水性好

沸石是高温吸附剂，图18－23表示温度对各种吸附剂平衡吸附量的影响，从图可以看出，温度高于室温时，硅胶和氧化铝的吸水量迅速下降，超过120℃时，吸附量接近于零，而5A型沸石超过100℃时吸水量还有13%，温度高达200℃时，仍保留有4%的吸水量，而活性氧化铝，特别是硅胶，几乎丧失了吸水能力。

在低水蒸气分压下，与硅胶、活性炭相比，沸石仍具有较高的吸水能力。图18－24是几种干燥剂在不同相对湿度时的吸水量。

图18－23 吸水等压线(10mmHg)

图18－24 几种干燥剂在25℃时的吸水量

5.吸水后的沸石再生性能好

所谓再生，就是通过加热使沸石所吸附的水脱去，从而恢复吸附能力，再生温度越高，脱附就越彻底，一般采用的温度为200～300℃，过高的再生温度对沸石的使用寿命有不利的影响，在200℃下，沸石的残留水量为4.5%，400℃时为1.6%。

三、沸石的离子交换性质

沸石的一个重要性能就是可以进行可逆的阳离子交换，通过离子交换，可以调节晶体内的电场及表面酸性，从而可改变沸石的性质，调节沸石的吸附性和催化特性，例如:将NaA型沸石交换为KA型沸石时，吸氧能力基本消失(O₂的直径为0.28nm)，交换为CaA型沸石时，能吸附丙烷(丙烷直径为0.49nm)。

离子交换技术

沸石阳离子交换一般是在水溶液中进行，其反应可用下式表示:

A⁺Z^－+B⁺→B⁺Z^－+A⁺

式中，Z^－为沸石的阳离子骨架，A⁺为交换前沸石中含有的阳离子，B⁺为水溶液中的主体阳离子。

常见的天然沸石，如斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离子交换容量，斜发沸石的理论交换容量为213mmol/100克，丝光沸石的理论交换容量为223mmol/100克±。

沸石阳离子交换过程中，通常用离子交换度，即交换下来的钠离子量占沸石中原有阳离子量的百分数，离子交换容量，即每百克沸石中交换的阳离子毫摩尔数(mmol)，以mmol/100克表示。

离子交换技术，一般在水溶液中进行，这种交换方法要求交换上去的金属阳离子在水溶液中以阳离子(简单的或结合)状态存在，水溶液的pH值范围不应破坏沸石的晶体结构。常用的交换条件:温度为室温至100℃，时间数十分钟到数小时，溶液浓度为0.1～0.2mol。

NaA(4A)型沸石径Ca²⁺或K⁺交换为相应的CaA(5A)或KA(3A)型沸石，NaX(13X)型沸石经Ca²⁺交换为CaX(10X)型沸石，是水溶液中交换的典型例子。

盐熔交换法:碱金属卤化物、硫酸盐、硝酸盐型都可用来提供阳离子交换的酸盐溶液，但要求其熔化的温度必须低于沸石结构破坏温度。在熔盐溶液中，除有阳离子交换反应进行外，还有一部分盐类包藏在沸石的笼内，因此，可形成特殊性能的沸石。

例如:将Li、K、Cs、Ag、Tl等金属的硝酸盐和硝酸钠混合，加热到330℃与NaA型沸石进行交换，其中Li、Ag及Na的硝酸盐可包藏到β笼中，因此可以将沸石中的Na⁺全部交换。非水溶液交换:当所需要交换的金属处于阴离子中，或者金属离子是阳离子，但它的盐不溶于水，或者虽溶于水(AlCl₃、FeCl₃)，但溶液中呈强酸性，容易破坏沸石骨架等，此时可采用非水溶液中离子交换法，一般使用有机溶剂，如二甲基亚砜［(CH₃)₂SO］，乙腈(CH₃CN)等，配成交换溶液，例:1克PtCl₂、溶于100ml二甲基亚砜溶剂中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亚砜的浆液，在65℃下搅拌交换两天半，用二甲基亚砜洗涤4次，水洗10次，于45℃干燥5天，343℃焙烧3小时，产品分析结果，含Pt3.8%。

非水溶液交换:当所需要交换的金属处于阴离子中，或者金属离子是阳离子，但它的盐不溶于水，或者虽溶于水(AlCl₃、FeCl₃)，但溶液中呈强酸性，容易破坏沸石骨架等，此时可采用非水溶液中离子交换法，一般使用有机溶剂，如二甲基亚砜［(CH₃)₂SO］，乙腈(CH₃CN)等，配成交换溶液，例:1克PtCl₂、溶于100ml二甲基亚砜溶剂中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亚砜的浆液，在65℃下搅拌交换两天半，用二甲基亚砜洗涤4次，水洗10次。于45℃干燥5天，343℃焙烧3小时，产品分析结果，含Pt3.8%。

蒸气交换法:某些盐类在较低的温度下就能升华为气态，沸石可在这种气态环境中进行离子交换，如NH₄Cl在300℃为气态，沸石中的Na⁺可以和NH₄Cl蒸气进行交换。

沸石阳离子交换性能，主要与沸石中的硅铝比的高低。沸石的孔穴大小，阳离子位置以及阳离子的性质有关。

沸石中的阳离子完全是由于沸石中部分硅被铝置换后，产生不平衡，电荷较少，格架电荷亦较低，为平衡这些电荷而进入沸石中的。因此它也影响离子的交换。如X型和Y型沸石分子筛，具有相同的晶体结构和阳离子位置，但它的硅铝比(SiO₂/Al₂O₃)不同，X型为2.1～3.0，Y型为3.1～6.0，所以阳离子数目也不同，单位晶胞中X型含有86个Na⁺，因此，离子交换性质也有差异，X型分子筛进行离子交换比较容易，而Y型分子筛则比较困难。沸石孔穴的大小直接影响离子交换的进行，如A型分子筛主要孔道直径约0.42nm，因此凡是直径小于0.42nm的阳离子都可以取代Na⁺，碱金属K⁺，Rb⁺，Cs⁺，碱土金属Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺以及贵金属Ag⁺，直径都小于0.42nm，故都可以交换Na⁺。

沸石的离子交换具选择性。常见的几种天然沸石离子交换容量见表18－12。

表18－12 常见的几种天然沸石离子交换容量 单位:mmol/100g

其中，菱沸石中的阳离子交换选择性顺序如下:

Ti⁴⁺>K⁺>Ag⁺>Rb⁺>NH⁺₄>Pb²⁺>Na⁺>Ba²⁺>Sr²⁺>Ca²⁺>Li⁺

多数的一价阳离子优先于二价阳离子交换。

在斜发沸石中，几种阳离子的交换选择性能顺序为:

K⁺>NH⁺₄>Na⁺>Ba²⁺>Ca²⁺>Al³⁺

我国河北省独石口斜发沸石岩对Cs²³⁷的选择交换容量为0.15～0.25mg/g;方沸石中的Na⁺易于被Ag⁺，Ti，Pb等交换。吉林省石堋的方沸石岩，其孔径0.26nm，方沸石含量30%～50%，小于NH⁺₄离子的直径(d_NH+4=0.28nm)，从而对NH⁺₄交换容量很低，只有0.18～0.54mg/g沸石，但对直径小于0.26nm的Ca，Cr，Cd具有较高的离子交换容量，日本曾用方沸石除Cu，Cd等离子，效果较好。

经过离子交换后的沸石，其吸附性质，诸如吸附速度、吸附选择性、吸附容量等都可以发生变化，在大多数情况下，比表面积要变小，这常是由于交换后引起沸石结构破坏所致，经多价阳离子交换后，多数沸石的热稳定性有所提高，如经稀土金属离子交换后的Y型沸石有很好的热和水热稳定性，这种特性广泛地利用在沸石的催化剂中。

四、沸石的催化性能

沸石具有排列整齐的晶穴和均匀的孔径，其晶体骨架是阴离子，因此，就有阳离子平衡电荷，二者构成了沸石的互相依存、不可分割的组成部分，沸石作为整体而言，不同类型的沸石的催化活性有很大的差异。

1960年，美国雷特发现合成沸石的催化性能后，沸石的应用很快扩大到石油化工领域，研究表明，沸石具有良好的催化性能，是有效的催化剂和催化剂载体。

沸石的阳离子骨架类型、孔穴大小、孔道、内外表面积、阳离子种类及交换性与其催化性能有很大的关系。

多相催化反应是在固体的催化剂表面上进行的，催化活性与催化剂的活性表面大小有关。对于沸石，99%以上的表面是在晶穴内，因此，沸石作为催化剂和催化剂载体时，催化反应的进行受着沸石晶穴大小的控制。只有比晶孔小的分子可以出入，所以，沸石催化剂对反应物和产物分子的形状和大小都表现出很大的选择性。例:对正乙烷(0.49nm)异相化的异乙烷(0.56nm)用Pd(0.5)－CaY(孔径约0.9nm)型沸石做催化剂时，其异乙烷的产率为70.3%，当用Pd(0.5)－CaA型沸石(孔径0.4～0.5nm)做催化剂时，产率为2.4%。

这是因为正乙烷(0.49nm)可以进入CaA型沸石(0.5nm)的晶穴中，同时发生催化和异构化反应，但异构产物(异乙烷0.56nm)不能从沸石晶孔中逸出，在这种情况下，或者是异构物残留在沸石晶穴内，或者是继续反应为直链烃而逸出，故CaA型沸石上正乙烷催化产物中几乎不含异构烃，异丁烷/正丁烷<0.05。

当外界条件变化时，如温度升高，占沸石总表面积百分之一的外表面亦可成为不可忽视的因素，如钙丝光沸石上的苯加氢生成环乙烷的反应，由于苯(0.68nm)和环乙烷(0.61nm)的分子都大于丝光沸石的孔径，因此反应只能在沸石的外表面上进行，130℃时，环乙烷产率只有4.2%，温度升高到200℃后，产率升为37.5%。

阳离子与催化性能有很大的关系

据反应类型的不同，沸石催化剂的活性中心或者位于充满阳离子的位置上，或者位于脱去阳离子后的空位上，因此，阳离子的性质对催化反应也起重要作用。合成沸石中的阳离子一般也是一价的Na⁺，它和其他一价阳离子具有相似的催化性能，但通常认为:一价阳离子在沸石中完全中和了负电荷中心，它们在沸石的晶穴中能量是均一的;另一方面，通过实验表明，钠型沸石确无酸性中心，因此，一价金属阳离子沸石在羰离子型反应中，几乎没有催化活性，当一价离子被二价或多价金属离子置换后，才能显示出静电场作用或酸性作用。

在沸石催化剂中，大量应用了稀土阳离子沸石催化剂，稀土金属离子与二价阳离子沸石相比，在催化裂化、芳烃烷基化等羰离子型反应中的催化活性都高于二价的阳离子沸石，且具有较高的热稳定性和抗水蒸气性能。

天然沸石一般不能直接用做催化剂，需要用离子交换法将其改为H型沸石才能加以应用。在羰离子型反应中，一般均采用氢型或脱阳离子及多价金属型沸石做催化剂，而沸石中的阳离子多数为钠离子，钠离子的存在对这反应不利，通常用离子交换法把Na₂O降至0.3%以下，制成氢型或脱阳离子型沸石，从而显示出强的羰离子活性。

通常用铵盐［NH₄Cl，(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃］溶液交换沸石中的钠离子，铵基型沸石加热至260℃时，NH⁺₄就开始分解，形成含H⁺的中间体，这叫氢型沸石，由于H⁺很小，具有很强的极化能力，可与沸石的晶格生成羟基，在高温时这些羟基以水的形式脱除，就形成脱阳离子型沸石。过程见图18－25。结构(Ⅱ)代表铵型，结构(Ⅲ，Ⅳ)代表氢型，结构(Ⅴ)代表脱阳离子型，由于氢型转变为脱阳离子型没有截然的分界线，在一般活化温度范围内可能是二者的混合物。

对于高硅(Si/Al>5)沸石，如丝光沸石和毛沸石等可直接用酸处理获得氢型沸石，由X、Y型沸石直接用酸处理，会破坏它的晶体结构。

图18－25 几种沸石的转变过程示意图

用RE³⁺或RE³⁺—NH⁺₄交换的X型或Y型沸石以及—NH⁺₄交换的丝光沸石与硅铝催化剂相比，具有活性高、选择性好、稳定性高以及抗毒能力强等特点，为了保证固体催化剂的强度和传热要求，都采用沸石载体体系，沸石颗粒做活性组分分散在硅铝凝胶或白土中，一般含有沸石5%～25%，载体可将沸石晶粒隔开，使沸石分散均匀，以最佳地发挥沸石的性能，并对沸石晶粒有黏结作用，以达到催化剂的强度要求。

天然沸石是理想的催化剂载体，许多具有催化活性的载体金属，可以通过离子交换进入沸石孔穴中，随后还原成元素状态，这样可以提高金属的利用效率。