分子篩對化學(xué)人來(lái)說(shuō)并不陌生，分子篩的作用廣泛，很多反應中都會(huì )用到。分子篩性質(zhì)優(yōu)異，那分子篩的作用有哪些呢？本文帶您了解一下。

分子篩是一種包含有精確和單一的微小孔洞的材料，具有均一的孔徑和極高的比表面積，可用于吸附氣體或液體，可用于催化反應。足夠小的分子可以通過(guò)孔道被吸附，而更大的分子則不能。

先說(shuō)說(shuō)分子篩名字的由來(lái)，分子篩可以把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內部中來(lái)，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點(diǎn)不同的分子，飽和程度不同的分子分離開(kāi)來(lái)，從而具有了“篩分”分子的作用，因而叫做分子篩。

一、分子篩基本特性

• 分子篩對水或各種氣，液態(tài)化合物可逆吸附及脫附，金屬陽(yáng)離子易被交換。
• 分子篩內部空腔和通道形成非常高的內表面積。其內表面可高于分子篩顆粒的外表面積的10000-100000倍。
• 分子篩效應：根據分子大小和形狀的不同選擇吸附。分子篩晶體具有蜂窩狀的結構，晶體內的晶穴和孔道相互溝通，并且孔徑大小均勻，固定（分子篩空腔直徑一般在3—15埃之間），與通常分子的大小相當，只有那些直徑比較小的分子才能通過(guò)沸石孔道被分子篩吸附，而構型龐大的分子由于不能進(jìn)入沸石孔道，則不被分子篩吸附。而硅膠，活性氧化鋁和活性碳沒(méi)有均勻的孔徑，孔徑分布范圍十分寬廣，所以沒(méi)有篩分性能。
• 根據分子極性，不飽和度和極化率的選擇吸附。分子篩對于極性分子和不飽和分子有很高的親和力；在非極性分子中，對于極化率在的分子有較高的選擇吸附優(yōu)勢。此外，沸點(diǎn)越低的分子，越不易被分子篩所吸附。

二、分子篩的高效吸附特性

• 分子篩對于H2O、NH3、H2S、CO2等高分子極性具有很高的親和力，特別是對于水，在低分壓（甚至在133帕以下）或低濃度，高溫（甚至在100℃以上）等十分苛刻的條件下仍有很高的吸附容量。
• 低分壓或低濃度下的吸附：在相對濕度30% 時(shí)分子篩的吸水量比硅膠,活性氧化鋁都高。隨著(zhù)相對濕度的降低，分子篩的優(yōu)越性越發(fā)顯著(zhù)，而硅膠，活性氧化鋁隨著(zhù)濕度的增加，吸附量不斷增加，在相對濕度很低時(shí)，它們的吸附量很少。
• 高溫吸附：分子篩是唯一可用的高溫吸附劑。在100 ℃和1.3 %相對濕度時(shí)分子篩可吸附15%重量的水分,比相同條件下活性氧化鋁的吸水量大10倍;而比硅膠大20倍以上。所以在較高的溫度下，分子篩仍能吸附相當數量的水分，而活性氧化鋁，特別是硅膠，大大喪失了吸附能力。
• 高速吸附：分子篩對像水等極性分子在分壓或濃度很低時(shí)的吸附速率要遠遠超過(guò)硅膠，活性氧化鋁。雖然在相對濕度很高時(shí)，硅膠的平衡吸水量要高于分子篩，但隨著(zhù)吸附質(zhì)的線(xiàn)速度的提高，硅膠的吸水率越來(lái)越不如分子篩效率高。

三、分子篩的離子交換性

• 分子篩的一個(gè)重要性能是可以進(jìn)行可逆的離子交換。通過(guò)這種交換，改進(jìn)了分子篩的吸附和催化性能，從而獲得了廣泛的應用（如可用于軟化水和廢水處理）。

四、分子篩的催化性能

• 分子篩晶體具有均勻的孔結構，孔徑的大小與通常分子相當；它們具有很大的表面積。而且表面極性很高；平衡骨架負電荷的陽(yáng)離子，可進(jìn)行離子交換；一些具有催化活性的金屬也可以交換導入晶體，然后以極高的分散度還原為元素狀態(tài)；同時(shí)分子篩骨架結構的穩定性很高。
• 這些結構性質(zhì)，使分子篩不僅成為優(yōu)良的吸附劑，而且成為有效的催化劑和催化劑載體。
• 分子篩是一種具有特定空間結構的新型催化劑。由于不同分子篩的孔道尺寸不同，因此常將其用于擇形催化劑的載體。

五、幾種常見(jiàn)的分子篩催化劑

• SAPO-11分子篩催化劑：屬于中孔分子篩，具有二維的非交叉的十元環(huán)橢圓型孔，孔徑0.39nm*0. 64nm，物化性能類(lèi)似于硅鋁沸石，而且還具有某些磷鋁酸鹽分子篩的特性。
• SAPO-11分子篩因其合成條件的不同表現出不同的酸強度，因此呈現出獨特的催化性能。目前已應用于裂化、烷基化、異構化反應等多種石油煉制與石油化工過(guò)程中?？梢酝ㄟ^(guò)負載和摻雜的方式對分子篩的酸性、氧化還原特性、潔凈度與孔結構進(jìn)行改變，以實(shí)現對分子篩的改性。
• ZSM-5分子篩催化劑：具有獨特的孔道結構和孔徑尺寸、穩定的骨架和大范圍可調硅鋁比。有較優(yōu)異的催化性能。有二維十元環(huán)孔道，孔徑在0.55nm左右，熱穩定性和催化活性均較高。因其獨特的孔道結構及表面酸堿性，其催化反應主要在酸堿中心進(jìn)行，可以用于甲醇轉化為烴類(lèi)過(guò)程，低碳烷烴脫氫過(guò)程。同時(shí)高硅ZSM-5分子篩為疏水性，對甲醇轉化為烴類(lèi)的活性和熱穩定性都很好?？梢酝ㄟ^(guò)水蒸氣法、離子交換法、化學(xué)氣相沉積法對ZSM-5進(jìn)行改性，改性后的分子篩更能提高其催化性能。
• ?磷酸鋁分子篩催化劑：此類(lèi)分子篩催化劑的骨架由AlO4及PO4四面體嚴格交替而成的，骨架呈電中性。磷酸鋁分子篩催化劑的四面體中的中心Al3+和P5+可以被許多不同價(jià)態(tài)的金屬或非金屬元素取代，形成具有不同結構與性能的雜原子MeAlPO-n分子篩催化劑。由于A(yíng)lPO4-5分子篩催化劑具有三維微孔晶體結構，由磷氧四面體和鋁氧四面體組成，呈電中性。因此作為載體有著(zhù)其它物質(zhì)所沒(méi)有的獨特優(yōu)點(diǎn)。將鐵離子加入催化劑中能有效限制非活性石墨炭的生成，提高催化劑穩定性。

• ?TS分子篩催化劑：TS分子篩骨架結構中有Ti4+中心，鈦硅分子篩是介孔分子篩，具有晶體結構。由于TS分子篩催化劑的介孔結構不僅有氧化還原性能而且有弱Lewis酸性能，加之分子篩的介孔結構，可用于大分子化合物的選擇氧化反應、光催化反應和酸催化反應，是一種環(huán)境友好的固體催化劑。TS分子篩催化劑可成功地應用于環(huán)烯烴、環(huán)烷烴以及不飽和醇等的催化氧化。隨著(zhù)鈦硅分子篩的改善，打破了微孔無(wú)機骨架的尺寸限制，為催化有機大分子底物提供了可能性。在精細化工領(lǐng)域和制藥行業(yè)中具有很好的應用前景。
• MCM分子篩催化劑：屬于介孔催化劑，它的介孔是無(wú)序、無(wú)定形的。他們的孔道是有序排列，且孔徑大小分布很窄。在經(jīng)過(guò)優(yōu)化合成條件或后處理后，具有一定的水熱穩定性、很好的熱穩定性、比表面積較大（>400m2/g）、孔隙率較高、顆粒外形規則、組成可調等特點(diǎn)。且可在微米尺度內保持高度的孔道有序性。它可以通過(guò)改變模板劑、添加增孔劑、調節表面活性劑的碳鏈長(cháng)度、添加輔助劑等方法對其進(jìn)行改性。改性后的MCM還可以被用作吸附劑、催化劑以及催化劑載體，還可以應用于環(huán)境保護、有機大分子合成、氧化還原反應以及石油煉制等行業(yè)。
• ?SBA分子篩催化劑：具有介孔結構，有均一的孔道直徑分布，孔徑可調變，壁厚且水熱穩定性很高。具有較大的比表面積（可高達2500 m2/g）和孔體積（可高達2.25cm3/g）通過(guò)增加壁厚、品化孔壁、摻雜金屬原子以及在離子表面涂覆吸水性膜等方法對其改性，可以使其穩定性提高，從而改善了其在催化領(lǐng)域的應用。

分子篩催化劑的應用已遍及石油化工、環(huán)保、生物工程、食品工業(yè)、醫藥化工等領(lǐng)域。有些分子篩催化劑在催化氧化方面活性并不是很高，所以有研究者對其進(jìn)行了改性。

微孔分子篩由于其孔徑較小，大分子進(jìn)入孔道比較困難，同時(shí)擴散阻力較大，在其孔道內形成的產(chǎn)物不能快速逸出，極大的限制了微孔沸石在大分子催化反應中的應用。

介孔分子篩可以彌補微孔分子篩的不足，為大分子反應提供有利的空間構型。但由于介孔分子篩的孔壁處于無(wú)定形狀態(tài)，其水熱穩定性較差，且酸性較弱，同樣限制了其應用范圍。

因此，人們正在研究具有強酸性、沸石型孔壁結構的介孔復合材料和微孔-介孔分子篩復合材料的合成。

近年來(lái)，分子篩的作用已經(jīng)在很多領(lǐng)域發(fā)揮出來(lái)，在吸附分離、催化等領(lǐng)域取得了廣泛的應用。但是對某些分子篩的性能優(yōu)劣問(wèn)題認識不夠深入，為了更加有效地發(fā)揮分子篩的作用優(yōu)勢，應該注意以下幾個(gè)方面：

• 研制價(jià)格低廉的沸石分子篩，以降低生產(chǎn)成本為目的；
• 研究沸石分子篩的合成及改性對結構、組成和性能的影響，尋找提高其吸附容量和選擇性的方法；
• 建立和完善評價(jià)吸附劑性能的定量指標，更好地為實(shí)際生產(chǎn)做出指導。