活性炭阳离子交换容量

㈠ 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。

㈡ 什么叫做离子交换树脂的再生

1. 离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。一般情况下，常规的钠离子交版换树脂带有大量的权钠离子。当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。
   
   2.当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫做“再生”。

㈢ 离子交换色谱的原理以及阴阳离子交换树脂的特性

离子交换树脂的结构：

离子交换树脂主要由高分子骨架和活性基团两部分组成，高分子骨架是惰性的网状结构骨架，是不溶于酸或碱的高分子物质，常用的离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到树脂的骨架。

而活性基团不能自由移动的官能团离子和可以自由移动的可交换离子两部分组成，可交换离子能够决定树脂所吸附的离子，比如可交换离子为H型阳离子交换树脂，那么这个树脂能够吸附的离子，就是H型阳离子，而官能团离子能够决定树脂的“酸"、“碱"性和交换能力的强弱，比如官能团离子是强酸性离子，那么树脂就是强酸性离子交换树脂。

离子交换树脂的内部结构：

1.凝胶型树脂是由纯单体混合物经缩合或聚合而成的，结构为微孔状，合成的工艺比较简单，孔径大概在1-2nm左右，凝胶型树脂的操作容量高，产水量高，物理强度好，且再生效率高，被广泛应用在食品饮料加工，超纯水制备，饮用水过滤，硬水软化，制糖业，制药等领域。

2.大孔型树脂的孔径一般在10nm左右，在树脂中孔径是比较大的，所以被称为大孔型树脂，且孔径不会随着周围的环境而变化，能够弥补凝胶型树脂不能在非水系统中使用的缺点，吸附能力非常强大，不易碎裂，耐氧化好，操作容量高，能够应用在医药领域、除重金属污染、药品纯化、水处理中除去碳酸硬度、冷凝水精处理等领域。

详情点击：网页链接

㈣ 如何去除硬水中的钙镁离子

去除硬水中的钙镁离子方法是使用君浩环保软化水设备，软化水设备的工作原理又有两种。
1)离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。这种方法是目前最常用的标准方式。主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟。可以将硬度降至0。采用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为“钠离子交换器”)、软水机、软水器。
2)膜分离法：纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。这种方法的特点是，效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。一般较少用于专门的软化处理。

㈤ 沸石与活性炭吸附的区别

一、沸石

沸石是由3种元素硅（Si），铝（Al），氧（O）组成的四面体，其中硅氧四面体和铝氧四面体间构成无限拓展的三维空间架状结构。沸石内部充满了细微的孔穴和通道，比蜂房还要复杂得多，1立方微米具有100万个孔穴。

1、天然沸石是铝硅酸盐类矿物，外观呈白色或砖红色，属弱酸性阳离子交换剂，经人工导入活性组分，使其具有新的离子交换或吸附能力，吸附容量也相应增大。主要用于中小型锅炉用水的软化处理，以除去水中的钙、镁离子，从而减少锅炉内水垢的生成，减轻水测金属的腐蚀，延长锅炉的使用寿命。在废水处理中，可用于除去水中的磷和铅以及六价铬。失效后的沸石可用于浓盐水逆流再生后重复使用。

2、活化沸石（活化沸石就是将天然沸石经过多种特殊工艺活化而成，其特点是吸附性能和离子交换性能都较天然沸石强。）

活性炭又称活性碳黑，是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性碳主成分除了碳以外还有氧、氢等元素，活性碳在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。

活性碳的主要用途：

脱色和过滤，使带色液体脱色；吸收各种气体与蒸气；色谱分析用；测甲醇、锡和硅的还原剂；粒状物可用作催化剂的载体。

活性碳种类划分：

由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性碳的种类很多，到目前为止尚无精确的统计材料，大约有上千个品种。

按外观形状分：

1.粉状活性碳

2.颗粒活性碳

3.不定型颗料活性碳

4.圆柱形活性碳

5.球形活性碳

6.其它形状的活性碳

综上：沸石和活性炭都是依靠多孔洞结构起到的吸附作用，所以两者在在吸附原理上没有区别，只不过沸石因为具有离子交换性更容易主动吸附，吸附能力更强。

希望以上答案对您有所帮助！

㈥ 弱碱性阴离子交换树脂主要应用在哪个方面

弱碱性阴离子交换树脂的应用不仅仅在水处理方面，它也出现在食品工业上，他专可以用来制糖、味精属等产品。它在食品工业中的消耗量仅次于水处理行业。另外，制药行业也离不开它，离子交换树脂的结构很特别，对于新一代的抗菌素有很大的改良作用，对制药行业的发展有很大帮助。

从化学上来讲就是一种带有官能团的聚合物，是一种不易溶的高分子化合物。离子交换树脂的分类可以分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，离子交换树脂分别可以与溶液中的阳离子和阴离子交换。离子交换树脂的作用有很多，主要还是对一些物质进行分解，把每种物质都能分离出来。这也是离子交换的原理。根据离子交换树脂的分解作用，离子交换树脂的应用变得异常广泛。比如在水处理行业，它本身还有大量的钠离子，可以和硬水中的离子结合，发生化学反应，这样的反应过后，就可以使水软化，把硬水变成了软水。