» 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
УДК
549.67
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕОЛИТАХ И ИХ СВОЙСТВАХ.
Асатова Евгения Викторовна
Магистрант 1
курса
Башкирский государственный университет, г.Стерлитамак
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·y/Н2О (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 |
0,8–1,0 |
– |
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:
- 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.
- Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники» 2 изд., М., 1984г.
- Страус В. « Промышленная очистка газов», М., «Химия», 1981г.
- Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы: Пер. с англ. 1973. 388 с
- Цеолит синтетический типа КА-БС. Технические условия. ТУ 2161-126-05766575-2005.
Комментарии: