分子筛

自然界中存在一种天然硅铝酸盐——沸石，它们具有筛分分子、吸附、离子交换和催化作用。人工合成的沸石同样被称为分子筛。其化学组成通式为 ((Mn+)\frac{2}{n}O·Al_2O_3·xSiO_2·pH_2O) ，其中 M 代表金属离子（人工合成时通常为 Na+），n 表示金属离子价数，x 代表 SiO2 的摩尔数，即硅铝比，p 代表水的摩尔数。分子筛的基本骨架结构由 SiO4 和 AlO4 四面体构成，通过共有的氧原子结合形成三维网状结晶结构，并具有分子级、孔径均匀的小空洞和孔道。

不同类型的分子筛因其结构差异而分为 α、β、γ、六方柱、八面沸石等“笼”形空间。A 型、X 型和 Y 型分子筛的晶体结构如图 1 所示。

在水溶液中，AlO4 四面体带负电荷可结合钠离子等正离子，成为电中性。大多数分子筛催化剂是多价金属阳离子或 H+ 的交换物。它们具有酸性和对分子大小的选择性，并可用作催化剂或载体。硅和铝原子通过氧形成氧环，氧环的尺寸决定了沸石的细孔径；通常情况下，八元环 (0.4～0.5nm)、十元环 (0.5～0.6nm) 和十二元环 (0.7～0.9nm) 的分子筛具有分子筛作用。

Y 型分子筛和丝光沸石分别含有十二元氧环，前者可用作裂化催化剂和双功能催化剂，后者则适用于甲苯的歧化反应。十元氧环常见于 ZSM-5、ZSM-11 等部分 ZSM 系列分子筛；八元氧环见于 A 型分子筛、T 型分子筛及 ZSM-34 等，它们的孔径非常小，只有直链烃才能进入细孔中。

以分子筛为催化活性组分或主要活性组分的催化剂称为分子筛催化剂。这类催化剂具有离子交换性能和均一的分子大小孔道，拥有优异的酸催化活性，并表现出良好的热稳定性和水热稳定性，常用于多种反应中以实现高活性、高选择性。

在化学工业、石油工业以及其他相关领域及实验中，分子筛广泛用作固体吸附剂。经过适当处理（如加热）可使被吸附物质解吸，这一过程称为“再生”，从而使得分子筛可以重复使用。其主要应用于气体和液体的干燥以及化合物脱水，包括分离或纯化特定组分。

作为活性组分的催化剂通常只含有 5～15% 的分子筛，其余部分为基质，后者常由难熔无机氧化物或其混合物及粘土组成。通式中的 M 常见离子有 Na+、K+、Ca2+ 等，这些离子可被半径较小、电荷较多的金属离子部分或完全取代，从而影响分子筛性能并赋予特定催化特性。近年来，镓、锗、铁、硼、磷、铬、钒、钼和砷等其他原子引入到分子筛的硅铝骨架中替代（或部分替代）硅或铝，形成的杂原子分子筛具有特殊的催化性能。1982 年报道了磷酸铝分子筛系列合成，并在 1984 年出现了含硅磷酸铝分子筛。

此外，分子筛还可用于汽油、喷气燃料及柴油等的脱蜡操作，称为分子筛脱蜡。该信息由 ChemicalBook 的晓楠编辑整理。