活性炭陽離子交換容量

㈠ 一般物理化學性質及工藝性能

一、沸石的一般物理性質

1.孔徑

沸石內部具有大量的均勻的微孔，微孔的體積占沸石晶體體積的50%以上。其孔徑與一般物質的分子大小的數量相當，一般孔穴(籠)為0.6nm～1.5nm，孔道直徑為0.3～1.0nm。而其他幾種多孔性物質，如活性炭、多孔硅膠、活性氧化鋁的孔徑不均勻，從零點幾納米到幾千納米。圖18－20是幾種多孔性物質的孔徑分布情況，從圖中可以看出，只有沸石的孔徑是非常均勻的，其他多孔性物質的孔徑分布有一個較寬的范圍。

圖18－20 幾種多孔性物質孔徑分布圖

2.晶穴(籠)體積

沸石具有蓬鬆的骨架結構，晶穴體積約占總體積的50%，根據沸石的晶體結構可以計算晶胞體積和晶穴體積。沸石的晶體結構中，有不同的晶穴。例如A型沸石有兩種晶穴(籠):α籠和β籠，α籠的大小為1.14nm(對內接的球)，r=0.57nm，V_α=4πr³/3=4×3.14×5.7³/3=0.7757nm³，β籠的大小為0.66nm(對內接的球)，r=0.33nm，V_β=4πr³/3=4×3.14×3.3³/3=0.150nm³，V_α+V_β=0.926nm³，一個A型沸石晶胞的體積為V_A=α³₀=1.816nm³，孔穴率V_A/(V_α+V_β)=926/1816=49.5%。

也可以利用某種吸附質在飽和蒸氣壓P=P₀時的飽和吸附量以下式計算:

非金屬礦產加工與開發利用

式中:d_a———液體吸附量的比重，g/mL;

X_s———飽和吸附量，g/1g沸石;

V_p———晶穴體積，mL/g。

例如:吸附質為H₂O時，25℃時的飽和蒸氣壓為25mmHg(24g/m³)的吸附量為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克沸石在此條件下的吸附的水所佔的體積)。

孔隙率ρ_t:1克沸石吸附的水的體積V_w/1克沸石的體積V_Z。

非金屬礦產加工與開發利用

d_z=1.54g/mL，為4A型沸石的脫水密度。一個A型沸石晶胞的晶穴體積:V_ρ=ρ_t·V=44.5%×V_p=P_*·V×1.861=0.828nm³。

按α籠和β籠的大小計算的體積為0.926nm³，較吸附質測量結果稍大，利用水作吸附質得X、Y型沸石的晶穴體積為0.355mL/g。一般地，加入黏結劑成型後的合成沸石，孔穴體積稍有減少。4A型沸石成型顆粒的孔穴體積為0.231mL/g。5A型沸石成型顆粒的孔穴體積為0.244mL/g，NaX型沸石成型顆粒孔穴體積為0.80mL/g。

3.表面積

與其他多孔性物質相比，沸石具有很大的總表面積，這些表面積主要存在於晶穴的內部。外表面積僅占總表面積的1%左右。將沸石的顆粒視為立方體，立方體的邊長等於平均顆粒的大小。例如，將脫水的4A型沸石當成邊長為1μm的立方體顆粒，1個顆粒的體積為1μm³=10^－12cm³，4A型沸石的脫水後的密度為1.54g/mL，比容則為:1/1.54=0.65cm³/g，1g沸石含有的1μm的顆粒為:

0.65/10^－12=6.5×10¹¹(顆/g)

一個1μm顆粒的表面積為6×10^－8cm²=6×10^－12m²，則1克沸石的外表面積為:

6.5×10¹¹×6×10^－12m²=3.98m²。

4A型沸石的內表面積的計算:

4A型沸石的晶胞參數為:α₀=1.23nm，每個晶胞中含有一個α籠，α籠可近似地被看成球形，直徑為1.14nm，若略去β籠不計，一個α的內表面積為:

4πr²=4π(1.14/2)²=4.0nm²，一個晶胞中含有一個Na₁₂［Al₁₂Si₁₂O₄₈］·27H₂O分子，分子量為2190，1摩爾的任何物質含有6.02×10²³個分子，重量以克為單位，與分子量相同，1克這種物質含有的分子為6.02×10²³/2190個，1克這種物質的內表面為:4.0nm²×6.02×10²³/2190=1100m²。

實際上，在A型沸石中，八元環為相鄰的兩個α籠的共用。加上晶體不完整，估算的理論內表面積則比實際的內表面積要大些。所以，沸石的表面積主要是指內表面積，常見的多孔性物質及天然礦物的表面積見表18－4。

表18－4 常見的多孔性物質及天然礦物的表面積

4.密度

含水沸石的密度范圍一般為2.0～2.3g/cm³，沸石的密度與沸石的結構和陽離子有關。沸石的密度隨陽離子的分子量增加而增加。交換了Ba的沸石密度可達2.8g/cm³，常見的幾種脫水後的沸石的密度為:4A分子篩為1.54克/cm³，5A沸石為1.57g/cm³，13X分子篩為1.43g/cm³，常見沸石的密度見表18－5。

5.比熱

合成沸石的平均比熱為0.2×4.186J/(g·℃)。

6.穩定性

沸石在水中呈鹼性。達到平衡吸水時的pH值的9～10.5，沸石具有良好的耐酸性和熱穩定性。我國浙江絲光沸石的耐酸性試驗表明:在2N、4N、6N的HCl和王水中，在90℃溫度下處理2小時，晶體結構無破壞，0.1N的NCl中，230℃處理10天，結構均無破壞，當鹽酸濃度達10N時，結構才開始破壞，在強酸中，Si/Al>3的沸石(如絲光沸石Si/Al=5)分解沉澱出SiO₂。

沸石的耐熱性能很好，在600～700℃的溫度下晶體結構不發生變化，如絲光沸石加熱至750℃持續10小時，晶體仍部分保持原來的結構，加熱至850℃，持續12小時，晶體結構才開始破壞，斜發沸石一般加熱至650℃持續12小時，結構不變，800℃下持續12小時，結構破壞，熱穩定性僅次於絲光沸石，一般地Si/Al越大，即在組成范圍內，硅含量越高，熱穩定性越好，因此沸石能在較高的溫度條件下使用。

常見沸石的物理性質見表18－5。

表18－5 常見沸石的物理性質

(據中國科學院大連化學物理研究所分子篩組，1978)

二、沸石的吸附性質

一切固體物質表面的原子或分子，與其內部的原子或分子所處的狀態是不同的。在固體物質內部，原子或分子所受到的引力是對稱的，處在力場飽和的平衡狀態，而位於表面的原子或分子，處於不飽和的力場中，所受的力是不對稱的，使其固體表面存在過剩的表面自由能，即表面有吸附力場的存在，這是固體表面對氣體或液體具有吸附作用的原因。這種吸附力作用的范圍較小，一般為0.5nm左右，當被吸附的分子距離力場稍遠時，吸附力就迅速減少。當氣體或液體進入吸附力場作用范圍時就會被吸附，使表面的物質剩餘鍵力抵消，從而降低了固體表面的自由能，固體物質更為穩定。

從理論上講，一切固體物質的表面都具有吸附作用，實際上，只有多孔性能或很細的粉末物質，由於具有很大的比表面積，即有大量的吸附力場的存在，才具有明顯的吸附作用，才能被稱為吸附劑，如活性炭、硅膠、沸石、凹凸棒石、海泡石等。

由於沸石內部具有疏鬆的孔穴、通道、巨大的比表面，強大的飽和力場使其具有優良的吸附性能，而晶穴又較小，那麼流體分子則不能避開這種力場的作用，所以，脫水後的沸石對氣體分子有液化的趨勢，因此對氣體分子的吸附量較大。由於孔穴、通道大小均可固定，和普通分子大小相當，所以只有那些直徑比孔小的分子才能通過孔道被吸附，而直徑大於孔道的分子則不能被吸附，因而具有選擇性吸附的性質。另外，沸石和其他類型的吸附劑相比，在較高的溫度和較低的吸附質分壓下，仍有較高的吸附容量等特點。

1.吸附容量大

脫水沸石，其內部具有很多內表面很大的孔穴，可吸附大量的分子，尤其是對極性分子如H₂O，H₂S，NH₃等或含有極性基團—OH， 的分子以及易極化的分子有很大的吸附容量。這是因為陽離子和帶負電荷的硅鋁氧骨架所構成的沸石，本身是一種極性物質，其中陽離子給出一個強的局部正電場，吸引極性分子的負極中心，或者是通過靜電誘導使易極化分子極化，極性越強的或越易被極化的分子，也就越易被沸石吸附，常見的幾種乾燥劑的吸水能力(相對濕度為6%)見表18－6及表18－7。

表18－6 常見的幾種乾燥劑的吸水能力

表18－7 幾種乾燥劑的吸水能力比值(在不同的相對濕度條件下)

表18－85 A沸石與硅膠吸附能力的比值(25℃，50mmHg)

圖18－21 5A分子篩上的選擇吸附

從表18－6可見，沸石的吸水能力，較硅膠和氧化鋁都高，高氯酸鎂的吸水性能雖強，但它的化學活潑性也太強，可使用的范圍是有限的。沸石在吸水的同時，還可吸附以下的分子:NH₃，SO₂，CO₂等。吸附能力H₂O>NH₃>H₂S>SO₂>CO₂。

從表18－8中可見，沸石吸附這些分子的能也較硅膠強，這種性質在用沸石處理天然氣時，可同時吸附其中的H₂O，CO₂，N₂S等，使天然氣中CO₂含量小於50×10^－6，H₂S含量小於5.73mg/m³，5A分子篩在25℃，50×133.322Pa壓力下，對H₂S的吸附值可達25%。

2.選擇性吸附

沸石的孔穴，孔道大小均勻，固定，和普通分子大小相當，孔穴直徑在0.6～1.5nm，孔道直徑約在0.3～1.0nm，沸石孔徑的大小，決定了可以進入晶穴內部的分子大小，例如，用5A分子篩對正己烷(直徑為0.49nm)和分子直徑大於0.5nm的苯、四氧萘、甲基環己烷的混合物吸附實驗的結果表明:5A分子篩可選擇吸附正己烷分子，而對直徑大於0.5nm的分子幾乎沒有吸附作用，見圖18－21。其他吸附劑，如硅膠、活性炭的孔徑不均勻，對不同大小的分子的吸附幾乎不具選擇性，表18－9是5A沸石、硅膠、活性炭對烴類的吸附情況，從表中可以看出，沸石對不同大小的分子表現出明顯的選擇性吸附。從表18－10可以看出，5A分子篩對醇類分子的吸附也顯出明顯的選擇性。

表18－9 幾種吸附劑對烴類的吸附

表18－10 醇類的吸附

圖18－22 5A分子篩上的吸附等溫線(－75℃)

3.對極性分子的吸附量大

在吸附過程中，沸石的孔徑大小不是唯一的因素，含有極性基團— ，或含可極化的基團 —等的分子，能與沸石表面發生強烈的作用，在極性分子CO和非極性分子Ar的混合氣體中，二者的直徑接近:CO為0.28nm，Ar為0.383nm，都小於0.4nm。沸點也接近:CO為－192℃，Ar為－186℃，但CO為極性分子，而Ar為非極性分子，它們在5A型沸石上的吸附曲線如圖18－22所示，可以看出它對CO的吸附量遠大於Ar。

沸石除具有其特殊性外，也具有一般吸附劑的共性，即吸附量隨著吸附質的沸點增高而增大。如乙烷(0.44nm)沸點－88℃，CO(0.28nm)沸點－192℃，乙烷直徑雖較CO大，但由於乙烷沸點高出很多，沸石對乙烷的吸附能力大於CO，在同一種沸石上，乙烷在25℃、700×133.322Pa條件下，吸附量為10.2%，而CO在0℃、750×133.3Pa時吸附量僅為5.1%，且乙烷是非極性分子，CO為極性分子，這說明在此條件下，吸附質沸點不同所引起的吸附強弱差異超過了極性因素的作用，不能再由極性與非極性分子間的差異決定選擇性了。

沸石對不飽和化合物的分子也有較強的吸附能力，且不飽和度越大，吸附能力也越強，從表18－11可見，沸石較硅膠、活性炭吸附劑有較強的吸附不飽和烴的能力。

表18－11 沸石對不飽和分子的吸附

4.高溫、低分壓下的吸水性好

沸石是高溫吸附劑，圖18－23表示溫度對各種吸附劑平衡吸附量的影響，從圖可以看出，溫度高於室溫時，硅膠和氧化鋁的吸水量迅速下降，超過120℃時，吸附量接近於零，而5A型沸石超過100℃時吸水量還有13%，溫度高達200℃時，仍保留有4%的吸水量，而活性氧化鋁，特別是硅膠，幾乎喪失了吸水能力。

在低水蒸氣分壓下，與硅膠、活性炭相比，沸石仍具有較高的吸水能力。圖18－24是幾種乾燥劑在不同相對濕度時的吸水量。

圖18－23 吸水等壓線(10mmHg)

圖18－24 幾種乾燥劑在25℃時的吸水量

5.吸水後的沸石再生性能好

所謂再生，就是通過加熱使沸石所吸附的水脫去，從而恢復吸附能力，再生溫度越高，脫附就越徹底，一般採用的溫度為200～300℃，過高的再生溫度對沸石的使用壽命有不利的影響，在200℃下，沸石的殘留水量為4.5%，400℃時為1.6%。

三、沸石的離子交換性質

沸石的一個重要性能就是可以進行可逆的陽離子交換，通過離子交換，可以調節晶體內的電場及表面酸性，從而可改變沸石的性質，調節沸石的吸附性和催化特性，例如:將NaA型沸石交換為KA型沸石時，吸氧能力基本消失(O₂的直徑為0.28nm)，交換為CaA型沸石時，能吸附丙烷(丙烷直徑為0.49nm)。

離子交換技術

沸石陽離子交換一般是在水溶液中進行，其反應可用下式表示:

A⁺Z^－+B⁺→B⁺Z^－+A⁺

式中，Z^－為沸石的陽離子骨架，A⁺為交換前沸石中含有的陽離子，B⁺為水溶液中的主體陽離子。

常見的天然沸石，如斜發沸石和絲光沸石等都具有很高的陽離子交換容量，斜發沸石的理論交換容量為213mmol/100克，絲光沸石的理論交換容量為223mmol/100克±。

沸石陽離子交換過程中，通常用離子交換度，即交換下來的鈉離子量占沸石中原有陽離子量的百分數，離子交換容量，即每百克沸石中交換的陽離子毫摩爾數(mmol)，以mmol/100克表示。

離子交換技術，一般在水溶液中進行，這種交換方法要求交換上去的金屬陽離子在水溶液中以陽離子(簡單的或結合)狀態存在，水溶液的pH值范圍不應破壞沸石的晶體結構。常用的交換條件:溫度為室溫至100℃，時間數十分鍾到數小時，溶液濃度為0.1～0.2mol。

NaA(4A)型沸石徑Ca²⁺或K⁺交換為相應的CaA(5A)或KA(3A)型沸石，NaX(13X)型沸石經Ca²⁺交換為CaX(10X)型沸石，是水溶液中交換的典型例子。

鹽熔交換法:鹼金屬鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽型都可用來提供陽離子交換的酸鹽溶液，但要求其熔化的溫度必須低於沸石結構破壞溫度。在熔鹽溶液中，除有陽離子交換反應進行外，還有一部分鹽類包藏在沸石的籠內，因此，可形成特殊性能的沸石。

例如:將Li、K、Cs、Ag、Tl等金屬的硝酸鹽和硝酸鈉混合，加熱到330℃與NaA型沸石進行交換，其中Li、Ag及Na的硝酸鹽可包藏到β籠中，因此可以將沸石中的Na⁺全部交換。非水溶液交換:當所需要交換的金屬處於陰離子中，或者金屬離子是陽離子，但它的鹽不溶於水，或者雖溶於水(AlCl₃、FeCl₃)，但溶液中呈強酸性，容易破壞沸石骨架等，此時可採用非水溶液中離子交換法，一般使用有機溶劑，如二甲基亞碸［(CH₃)₂SO］，乙腈(CH₃CN)等，配成交換溶液，例:1克PtCl₂、溶於100ml二甲基亞碸溶劑中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亞碸的漿液，在65℃下攪拌交換兩天半，用二甲基亞碸洗滌4次，水洗10次，於45℃乾燥5天，343℃焙燒3小時，產品分析結果，含Pt3.8%。

非水溶液交換:當所需要交換的金屬處於陰離子中，或者金屬離子是陽離子，但它的鹽不溶於水，或者雖溶於水(AlCl₃、FeCl₃)，但溶液中呈強酸性，容易破壞沸石骨架等，此時可採用非水溶液中離子交換法，一般使用有機溶劑，如二甲基亞碸［(CH₃)₂SO］，乙腈(CH₃CN)等，配成交換溶液，例:1克PtCl₂、溶於100ml二甲基亞碸溶劑中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亞碸的漿液，在65℃下攪拌交換兩天半，用二甲基亞碸洗滌4次，水洗10次。於45℃乾燥5天，343℃焙燒3小時，產品分析結果，含Pt3.8%。

蒸氣交換法:某些鹽類在較低的溫度下就能升華為氣態，沸石可在這種氣態環境中進行離子交換，如NH₄Cl在300℃為氣態，沸石中的Na⁺可以和NH₄Cl蒸氣進行交換。

沸石陽離子交換性能，主要與沸石中的硅鋁比的高低。沸石的孔穴大小，陽離子位置以及陽離子的性質有關。

沸石中的陽離子完全是由於沸石中部分硅被鋁置換後，產生不平衡，電荷較少，格架電荷亦較低，為平衡這些電荷而進入沸石中的。因此它也影響離子的交換。如X型和Y型沸石分子篩，具有相同的晶體結構和陽離子位置，但它的硅鋁比(SiO₂/Al₂O₃)不同，X型為2.1～3.0，Y型為3.1～6.0，所以陽離子數目也不同，單位晶胞中X型含有86個Na⁺，因此，離子交換性質也有差異，X型分子篩進行離子交換比較容易，而Y型分子篩則比較困難。沸石孔穴的大小直接影響離子交換的進行，如A型分子篩主要孔道直徑約0.42nm，因此凡是直徑小於0.42nm的陽離子都可以取代Na⁺，鹼金屬K⁺，Rb⁺，Cs⁺，鹼土金屬Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺以及貴金屬Ag⁺，直徑都小於0.42nm，故都可以交換Na⁺。

沸石的離子交換具選擇性。常見的幾種天然沸石離子交換容量見表18－12。

表18－12 常見的幾種天然沸石離子交換容量 單位:mmol/100g

其中，菱沸石中的陽離子交換選擇性順序如下:

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

多數的一價陽離子優先於二價陽離子交換。

在斜發沸石中，幾種陽離子的交換選擇性能順序為:

K⁺>NH⁺₄>Na⁺>Ba²⁺>Ca²⁺>Al³⁺

我國河北省獨石口斜發沸石岩對Cs²³⁷的選擇交換容量為0.15～0.25mg/g;方沸石中的Na⁺易於被Ag⁺，Ti，Pb等交換。吉林省石堋的方沸石岩，其孔徑0.26nm，方沸石含量30%～50%，小於NH⁺₄離子的直徑(d_NH+4=0.28nm)，從而對NH⁺₄交換容量很低，只有0.18～0.54mg/g沸石，但對直徑小於0.26nm的Ca，Cr，Cd具有較高的離子交換容量，日本曾用方沸石除Cu，Cd等離子，效果較好。

經過離子交換後的沸石，其吸附性質，諸如吸附速度、吸附選擇性、吸附容量等都可以發生變化，在大多數情況下，比表面積要變小，這常是由於交換後引起沸石結構破壞所致，經多價陽離子交換後，多數沸石的熱穩定性有所提高，如經稀土金屬離子交換後的Y型沸石有很好的熱和水熱穩定性，這種特性廣泛地利用在沸石的催化劑中。

四、沸石的催化性能

沸石具有排列整齊的晶穴和均勻的孔徑，其晶體骨架是陰離子，因此，就有陽離子平衡電荷，二者構成了沸石的互相依存、不可分割的組成部分，沸石作為整體而言，不同類型的沸石的催化活性有很大的差異。

1960年，美國雷特發現合成沸石的催化性能後，沸石的應用很快擴大到石油化工領域，研究表明，沸石具有良好的催化性能，是有效的催化劑和催化劑載體。

沸石的陽離子骨架類型、孔穴大小、孔道、內外表面積、陽離子種類及交換性與其催化性能有很大的關系。

多相催化反應是在固體的催化劑表面上進行的，催化活性與催化劑的活性表面大小有關。對於沸石，99%以上的表面是在晶穴內，因此，沸石作為催化劑和催化劑載體時，催化反應的進行受著沸石晶穴大小的控制。只有比晶孔小的分子可以出入，所以，沸石催化劑對反應物和產物分子的形狀和大小都表現出很大的選擇性。例:對正乙烷(0.49nm)異相化的異乙烷(0.56nm)用Pd(0.5)－CaY(孔徑約0.9nm)型沸石做催化劑時，其異乙烷的產率為70.3%，當用Pd(0.5)－CaA型沸石(孔徑0.4～0.5nm)做催化劑時，產率為2.4%。

這是因為正乙烷(0.49nm)可以進入CaA型沸石(0.5nm)的晶穴中，同時發生催化和異構化反應，但異構產物(異乙烷0.56nm)不能從沸石晶孔中逸出，在這種情況下，或者是異構物殘留在沸石晶穴內，或者是繼續反應為直鏈烴而逸出，故CaA型沸石上正乙烷催化產物中幾乎不含異構烴，異丁烷/正丁烷<0.05。

當外界條件變化時，如溫度升高，占沸石總表面積百分之一的外表面亦可成為不可忽視的因素，如鈣絲光沸石上的苯加氫生成環乙烷的反應，由於苯(0.68nm)和環乙烷(0.61nm)的分子都大於絲光沸石的孔徑，因此反應只能在沸石的外表面上進行，130℃時，環乙烷產率只有4.2%，溫度升高到200℃後，產率升為37.5%。

陽離子與催化性能有很大的關系

據反應類型的不同，沸石催化劑的活性中心或者位於充滿陽離子的位置上，或者位於脫去陽離子後的空位上，因此，陽離子的性質對催化反應也起重要作用。合成沸石中的陽離子一般也是一價的Na⁺，它和其他一價陽離子具有相似的催化性能，但通常認為:一價陽離子在沸石中完全中和了負電荷中心，它們在沸石的晶穴中能量是均一的;另一方面，通過實驗表明，鈉型沸石確無酸性中心，因此，一價金屬陽離子沸石在羰離子型反應中，幾乎沒有催化活性，當一價離子被二價或多價金屬離子置換後，才能顯示出靜電場作用或酸性作用。

在沸石催化劑中，大量應用了稀土陽離子沸石催化劑，稀土金屬離子與二價陽離子沸石相比，在催化裂化、芳烴烷基化等羰離子型反應中的催化活性都高於二價的陽離子沸石，且具有較高的熱穩定性和抗水蒸氣性能。

天然沸石一般不能直接用做催化劑，需要用離子交換法將其改為H型沸石才能加以應用。在羰離子型反應中，一般均採用氫型或脫陽離子及多價金屬型沸石做催化劑，而沸石中的陽離子多數為鈉離子，鈉離子的存在對這反應不利，通常用離子交換法把Na₂O降至0.3%以下，製成氫型或脫陽離子型沸石，從而顯示出強的羰離子活性。

通常用銨鹽［NH₄Cl，(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃］溶液交換沸石中的鈉離子，銨基型沸石加熱至260℃時，NH⁺₄就開始分解，形成含H⁺的中間體，這叫氫型沸石，由於H⁺很小，具有很強的極化能力，可與沸石的晶格生成羥基，在高溫時這些羥基以水的形式脫除，就形成脫陽離子型沸石。過程見圖18－25。結構(Ⅱ)代表銨型，結構(Ⅲ，Ⅳ)代表氫型，結構(Ⅴ)代表脫陽離子型，由於氫型轉變為脫陽離子型沒有截然的分界線，在一般活化溫度范圍內可能是二者的混合物。

對於高硅(Si/Al>5)沸石，如絲光沸石和毛沸石等可直接用酸處理獲得氫型沸石，由X、Y型沸石直接用酸處理，會破壞它的晶體結構。

圖18－25 幾種沸石的轉變過程示意圖

用RE³⁺或RE³⁺—NH⁺₄交換的X型或Y型沸石以及—NH⁺₄交換的絲光沸石與硅鋁催化劑相比，具有活性高、選擇性好、穩定性高以及抗毒能力強等特點，為了保證固體催化劑的強度和傳熱要求，都採用沸石載體體系，沸石顆粒做活性組分分散在硅鋁凝膠或白土中，一般含有沸石5%～25%，載體可將沸石晶粒隔開，使沸石分散均勻，以最佳地發揮沸石的性能，並對沸石晶粒有黏結作用，以達到催化劑的強度要求。

天然沸石是理想的催化劑載體，許多具有催化活性的載體金屬，可以通過離子交換進入沸石孔穴中，隨後還原成元素狀態，這樣可以提高金屬的利用效率。

㈡ 什麼叫做離子交換樹脂的再生

1. 離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應的功能基團。一般情況下，常規的鈉離子交版換樹脂帶有大量的權鈉離子。當水中的鈣鎂離子含量高時，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團與鈣鎂離子結合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，水的硬度下降。硬水就變為軟水，這是軟化水設備的工作過程。
   
   2.當樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結合後，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時溶液中的鈉離子含量高，功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結合，這樣樹脂就恢復了交換能力，這個過程叫做「再生」。

㈢ 離子交換色譜的原理以及陰陽離子交換樹脂的特性

離子交換樹脂的結構：

離子交換樹脂主要由高分子骨架和活性基團兩部分組成，高分子骨架是惰性的網狀結構骨架，是不溶於酸或鹼的高分子物質，常用的離子交換樹脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到樹脂的骨架。

而活性基團不能自由移動的官能團離子和可以自由移動的可交換離子兩部分組成，可交換離子能夠決定樹脂所吸附的離子，比如可交換離子為H型陽離子交換樹脂，那麼這個樹脂能夠吸附的離子，就是H型陽離子，而官能團離子能夠決定樹脂的「酸"、「鹼"性和交換能力的強弱，比如官能團離子是強酸性離子，那麼樹脂就是強酸性離子交換樹脂。

離子交換樹脂的內部結構：

1.凝膠型樹脂是由純單體混合物經縮合或聚合而成的，結構為微孔狀，合成的工藝比較簡單，孔徑大概在1-2nm左右，凝膠型樹脂的操作容量高，產水量高，物理強度好，且再生效率高，被廣泛應用在食品飲料加工，超純水制備，飲用水過濾，硬水軟化，製糖業，制葯等領域。

2.大孔型樹脂的孔徑一般在10nm左右，在樹脂中孔徑是比較大的，所以被稱為大孔型樹脂，且孔徑不會隨著周圍的環境而變化，能夠彌補凝膠型樹脂不能在非水系統中使用的缺點，吸附能力非常強大，不易碎裂，耐氧化好，操作容量高，能夠應用在醫葯領域、除重金屬污染、葯品純化、水處理中除去碳酸硬度、冷凝水精處理等領域。

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㈣ 如何去除硬水中的鈣鎂離子

去除硬水中的鈣鎂離子方法是使用君浩環保軟化水設備，軟化水設備的工作原理又有兩種。
1)離子交換法：採用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來，由於鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。這種方法是目前最常用的標准方式。主要優點是：效果穩定準確，工藝成熟。可以將硬度降至0。採用這種方式的軟化水設備一般也叫做「離子交換器」(由於採用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為「鈉離子交換器」)、軟水機、軟水器。
2)膜分離法：納濾膜(NF)及反滲透膜(RO)均可以攔截水中的鈣鎂離子，從而從根本上降低水的硬度。這種方法的特點是，效果明顯而穩定，處理後的水適用范圍廣；但是對進水壓力有較高要求，設備投資、運行成本都較高。一般較少用於專門的軟化處理。

㈤ 沸石與活性炭吸附的區別

一、沸石

沸石是由3種元素硅（Si），鋁（Al），氧（O）組成的四面體，其中硅氧四面體和鋁氧四面體間構成無限拓展的三維空間架狀結構。沸石內部充滿了細微的孔穴和通道，比蜂房還要復雜得多，1立方微米具有100萬個孔穴。

1、天然沸石是鋁硅酸鹽類礦物，外觀呈白色或磚紅色，屬弱酸性陽離子交換劑，經人工導入活性組分，使其具有新的離子交換或吸附能力，吸附容量也相應增大。主要用於中小型鍋爐用水的軟化處理，以除去水中的鈣、鎂離子，從而減少鍋爐內水垢的生成，減輕水測金屬的腐蝕，延長鍋爐的使用壽命。在廢水處理中，可用於除去水中的磷和鉛以及六價鉻。失效後的沸石可用於濃鹽水逆流再生後重復使用。

2、活化沸石（活化沸石就是將天然沸石經過多種特殊工藝活化而成，其特點是吸附性能和離子交換性能都較天然沸石強。）

活性炭又稱活性碳黑，是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳。活性碳主成分除了碳以外還有氧、氫等元素，活性碳在結構上由於微晶碳是不規則排列，在交叉連接之間有細孔，在活化時會產生碳組織缺陷，因此它是一種多孔碳，堆積密度低，比表面積大。

活性碳的主要用途：

脫色和過濾，使帶色液體脫色；吸收各種氣體與蒸氣；色譜分析用；測甲醇、錫和硅的還原劑；粒狀物可用作催化劑的載體。

活性碳種類劃分：

由於原料來源、製造方法、外觀形狀和應用場合不同，活性碳的種類很多，到目前為止尚無精確的統計材料，大約有上千個品種。

按外觀形狀分：

1.粉狀活性碳

2.顆粒活性碳

3.不定型顆料活性碳

4.圓柱形活性碳

5.球形活性碳

6.其它形狀的活性碳

綜上：沸石和活性炭都是依靠多孔洞結構起到的吸附作用，所以兩者在在吸附原理上沒有區別，只不過沸石因為具有離子交換性更容易主動吸附，吸附能力更強。

希望以上答案對您有所幫助！

㈥ 弱鹼性陰離子交換樹脂主要應用在哪個方面

弱鹼性陰離子交換樹脂的應用不僅僅在水處理方面，它也出現在食品工業上，他專可以用來製糖、味精屬等產品。它在食品工業中的消耗量僅次於水處理行業。另外，制葯行業也離不開它，離子交換樹脂的結構很特別，對於新一代的抗菌素有很大的改良作用，對制葯行業的發展有很大幫助。

從化學上來講就是一種帶有官能團的聚合物，是一種不易溶的高分子化合物。離子交換樹脂的分類可以分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類，離子交換樹脂分別可以與溶液中的陽離子和陰離子交換。離子交換樹脂的作用有很多，主要還是對一些物質進行分解，把每種物質都能分離出來。這也是離子交換的原理。根據離子交換樹脂的分解作用，離子交換樹脂的應用變得異常廣泛。比如在水處理行業，它本身還有大量的鈉離子，可以和硬水中的離子結合，發生化學反應，這樣的反應過後，就可以使水軟化，把硬水變成了軟水。