4A分子篩的吸附性能與孔結構研究

白彪坤，孟 岳，陳叔平

(蘭州理工大學石油化工學院，蘭州 730050)

0 引 言

多孔材料具有比表面積大、重量輕、隔熱隔音、滲透性好以及吸附性能優異的特點，廣泛應用于能源、醫療、環保、航空航天等工業領域。根據IUPAC(國際純粹與應用化學聯合會)分類，對于多孔材料，孔徑在0.3～2 nm的為微孔，在2～50 nm的為中孔，大于50 nm的為大孔[1]。以微孔為主的分子篩，孔道結構規則，選擇性好，吸附能力強，是吸附、分離、貯能、催化等工業過程中十分重要的材料。此外，分子篩還可以通過離子交換改性來二次合成具有重要實用價值的催化和吸附材料。離子交換改變分子篩表面陽離子的分布，就可得到不同孔徑大小的分子篩，例如，經K+、Na+、Ca2+交換后的A型分子篩孔徑變為0.3 nm、0.4 nm和0.5 nm，商業上稱K-A型、Na-A型與Ca-A型分子篩分別為3A、4A和5A分子篩[2]。分子篩離子交換改性后除了孔徑大小發生明顯變化外，陽離子交換后的性質(陽離子大小、電荷、極化等)也會影響甚至決定分子篩的吸附性能，使其應用于不同的氣體干燥、凈化、吸附與分離場合[2-3]。

多孔材料的吸附性能依賴其獨特的孔結構。定量估計孔結構信息，特別是多孔材料的微孔分析是其孔結構表征的關鍵。氣體吸附法用于多孔材料孔結構信息的表征，該方法可以較為全面地反映多孔材料的比表面積、孔體積以及孔徑分布[4-5]。針對不同大小的孔結構，吸附質的選擇是吸附法表征孔結構的關鍵[6]。氮氣是最常用的吸附質，但對于以微孔為主的材料，微孔尺度小到接近氮氣分子直徑時，氮氣分子很難進入微孔，導致吸附不完全，而且氣體分子與其直徑相當的孔內吸附特性非常復雜，受到很多額外因素的影響[5,7]。……