» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Декабрь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №9 2017

Автор: Асатова Евгения Викторовна, магистрант 3 курс
Рубрика: Химические науки
Название статьи: Общие сведения о цеолитах и их свойствах

Статья просмотрена: 212 раз

УДК 549.67

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕОЛИТАХ И ИХ СВОЙСТВАХ.

Асатова Евгения Викторовна

Магистрант 1 курса

Башкирский государственный университет, гтерлитамак

 

Аннотация. В данной работе рассматривается характеристика цеолитов. Виды цеолитов , их свойства и особенности а также практическое значение в промышленной деятельности.        

Ключевые слова: цеолиты, адсорбент, химическая формула, вода.

 

Цеолиты природные и синтетические, обладающие молекулярно-ситовыми свойствами, нашли широкое применение в качестве адсорбентов. Синтетические цеолиты или, что то же самое, молекулярные сита – алюмосиликатные микропористые адсорбенты, обладающие не только высокой избирательной адсорбцией, но и способностью разделять вещества, с разными размерами и формой молекул адсорбтива. Они отличаются строго кристаллическим строением и большой удельной поверхностью. Поры цеолита представляют собой сферические полости, соединенные каналами. В настоящее время промышленные предприятия выпускают цеолиты разных марок, отличающиеся катионами и размерами пор. Наибольшее практическое применение получили цеолиты, типа А и Х, имеющие двухзначные обозначения: КА, NаА, СаА, NаХ, СаХ. Первая часть обозначения - преобладающий в цеолитах металл (К, Nа, Са). Вторая – тип решетки (А или Х) – эта классификация цеолитов указывает определяющий размер диаметра входного окна. [1]

По химическому составу цеолиты относятся к соединениям алюмосиликатов, в которые входят ионы Al3+, Si4+ и ионы металлов разной валентности.

Общая химическая формула цеолитов Me2/nO·Al2O3·xSiO2·y2О (здесь Me – катион щелочного металла, а n – его валентность). В природе в качестве катионов обычно в состав цеолитов входят натрий, калий, кальций, реже барий, стронций и магний. Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрами SiO4 и АlO4. Катионы компенсируют избыточный отрицательный заряд анионной части алюмосиликатного скелета цеолита [2].

От соотношения SiO2 : Al2O3 в цеолите зависит кислотостойкость адсорбента, причем, она повышается с увеличением этого соотношения.

Для молекул вытянутой формы (например таких как-молекулы углеводородов нормального строения) критический диаметр соответствует диаметру поперечного сечения углеводородной цепочки. [3]

Если критический диаметр цепочки близок к диаметру входного окна, для ее адсорбции следует увеличить кинетическую энергию молекулы за счет повышения температуры. При этом усиливается термическая пульсация решетки цеолита и облегчается проникание молекулы в полость [4].

В таблице 1 приведены характеристики промышленных цеолитов, а также их сорбционные возможности по веществам.

Таблица 1 – Характеристика цеолитов отечественного производства

Тип цеолита

Размер, нм

Вещества, адсорбирующиеся данным целиолитом

Вещества, не адсорбирующиеся данным целиолитом

Каналов

Полостей

КА

0,3

1,14

Вода

Диоксид углерода, этан, этилен и другие углеводороды; вещества с размером молекул более >0,3 нм

NaA

0,4

1,14

Вода, диоксид углерода, сероводород, аммиак, метанол, этилен, пропилен, этан, метан

Пропан, изобутан и другие изопарафины, изоспирты, бензол и другие ароматические углеводороды; вещества с размером молекул более >0,5 нм

СаА

0,5

1,14

Вода, диоксид углерода, сероводород, аммиак, метнол, этилен, пропилен, этан, метан, спирты нормального строения с содержанием до 14 атомов углерода, метил и этилмеркаптаны

То же

СаХ

0,8

1,19

Вода, диоксид углерода, сероводород, аммиак, метанол, этилен, пропилен, этан, метан, спирты нормального строения, содержащие до 14 атомов углерода, метил- и этилмеркаптаны, изопарафиновые углеводороды, бензол, меркаптаны, толуол

Ароматическме углеводороды и их производные с разветвленными радикалами

NaX

0,81,0

Вода, диоксид углерода, сероводород, аммиак, метонол, этилен, пропилен, этан, метан, спирты нормального строения, содержащие до 14 атомов углерода, метил- и этилмеркаптаны, изопарафиновые углеводороды, бензол, меркаптаны, толуол, высокомолекулярные нафтековые и ароматические углеводороды

Адсорбция воды на цеолитах имеет ряд характерных особенностей:

1) Высокая поглотительная способность в области малых парциальных давлений паров воды. Адсорбционная способность цеолитов при обычных температурах уже при давлении 1-2 мм рт. ст. близка к адсорбционной способности при максимальном насыщении.

Преимущество цеолитов всех типов при низких давлениях адсорбтива перед другими адсорбентами хорошо видно из данных таблицы 2.

Таблица 2 Адсорбционная способность (в г/100 г) промышленных адсорбентов по парам воды при 25 °С.

Адсорбент

Адсорбционная способность при разном давлении, г/100 г

0,133 Па

1,33 Па

13,3 Па

133 Па

1330 Па

Силикагель

Оксид алюминия

Цеолит NaX

0,2

1,5

3,5

0,4

2,0

9,0

1,2

3,0

18,0

5,0

5,0

20,0

25,0

14,0

25,0

2) Также отличительной особенностью адсорбции паров воды на цеолитах является то, что адсорбционная способность велика даже при повышенных температурах. При 100 °С и давлении паров воды 10 кПа для цеолитов она достигает 15-16 г/100г и  даже при 200 °С она еще значительна (4 г/100г). В этой области температур адсорбционная способность силикагелей и оксида алюминия практически равна нулю.

Цеолиты отличаются очень большой скоростью поглощения влаги. Высокая степень осушки поддерживается практически в течение всей стадии. Повышение влагосодержания в конце стадии наступает не постепенно, как это наблюдается при применении других твердых адсорбентов, а резко и быстро.

Цеолиты позволяют вести осушку при высоких скоростях газового потока и тем самым значительно ускорить процесс. Так, изменение скорости газа в интервале от 4 до 15 м/мин (что соответствует скоростям, применяемым в промышленных адсорберах), практически не приводит к снижению активности.

Цеолиты обеспечивают самую высокую степень осушки: точка росы осушенного газа может достигать минус 80 °С и даже ниже. Цеолиты хорошо поглощают влагу, но они трудно отдают ее при регенерации.

Селективность цеолитов по отношению к парам воды настолько ярко выражено, что присутствие ряда компонентов практически не влияет на характер извлечения влаги. Высшие углеводороды не проникают в мелкую структуру пор цеолитов NаА. Тем самым исключается дезактивация, которая наблюдается на обычных твердых осушителях. Поэтому срок службы цеолитов NаА значительно выше, чем у обычных адсорбентов.

В тоже время при осушке природного газа цеолитами NаХ с входными окнами более крупных размеров отмечается некоторое уменьшение поглотительной способности и скорости адсорбции паров воды вследствие предадсорбции высокомолекулярных углеводородов [5].



Список литературы:

  1. В.Г. Колобродов, В.Б.Кулько, Л.В.Карнацевич, Э.И.Винокуров, М.А. Хажмурадов, В.И.Жуковин, Н.В.Тимохина. Адсорбция и десорбция паров воды различными цеолитами // Вопросы атомной науки и техники, 2002. №1. C. 50-55.
  2. Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники» 2 изд., М., 1984г.
  3. Страус В. « Промышленная очистка газов», М., «Химия», 1981г.
  4. Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы: Пер. с англ. 1973. 388 с
  5. Цеолит синтетический типа КА-БС. Технические условия. ТУ 2161-126-05766575-2005.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: