Koliki je omjer silicij-aluminijevog oksida u zeolitnom molekularnom situ

Koliki je omjer silicijevog dioksida i aluminijevog oksida u zeolitnom molekularnom situ?

Omjer silicijeva glinice (SiO₂/AlO₃molarni omjer) ključni je regulatorni parametar za rad jezgre zeolitnih molekularnih sita, izravno utječući na njihovu stabilnost okvira, raspodjelu kiselinskih mjesta i topologiju pora. Naučimo o tipu-karakteristikama, strukturi-odnosima performansi zeolitnih molekularnih sita s različitim omjerima silicija-aluminija, kao i kompatibilnosti njihove primjene u petrokemiji, zaštiti okoliša itd.

Definicija omjera silicij-aluminijevog oksida

• Omjer silicij-aluminijevog oksida odnosi se na molarni omjer ili atomski omjer (Si/Al) tetraedra silicij-kisika (SiO₄) na aluminij-tetraedar kisika (AlO₄) u okviru molekularnog sita. A njegova vrijednost određuje gustoću naboja okvira i način kationske kompenzacije.
• Molekularno sito s niskim omjerom silicij-aluminijevog oksida ima visoku negativnu gustoću naboja u okviru i zahtijeva veliku količinu kationske kompenzacije. Okvirom molekularnog sita s visokim omjerom silicijeva glinice dominiraju jake veze Si-O-Si, a njegova je topološka struktura vrlo toplinski stabilna. Omjer silicij-aluminijevog oksida regulira snagu kiseline, raspodjelu veličine pora i hidrofobnost molekularnog sita, što ga čini prikladnim za različite industrijske scenarije.

Klasifikacija zeolitnog molekularnog sita

Mehanizam regulacije omjera silicij-aluminijevog oksida

• Regulacija kiselosti: Atomi aluminija su izvor Brønstedovih kiselih mjesta, a omjer silicij-aluminijevog oksida izravno utječe na gustoću i čvrstoću kiseline: kada se omjer silicijevog dioksida-aluminijevog oksida poveća s 20 na 150, ukupna količina slabih kiselih mjesta (desorpcija na 120 stupnjeva) i jakih kiselih mjesta (desorpcija na 400 stupnjeva) HZSM-5 smanjuje se za 40%. Udio jakih kiselih mjesta u visokom omjeru silicijevog dioksida aluminijevog oksida (kao što je ZSM-5-300) smanjuje se, inhibirajući sporednu reakciju prijenosa vodika, a selektivnost propilena povećava se na 81,5%.
• Struktura pora i adsorpcijska izvedba: Kada se omjer silicijevog dioksida u molekularnom situ ZSM-22 poveća s 40 na 130, volumen pora prvo se poveća na 0,25 cm³/g i zatim se skuplja na 0,18 cm³/g, because the framework shrinkage is aggravated under high silicon conditions. ZSM-5 molecular sieve with a silica alumina ratio of >100 ima adsorpcijski kapacitet od 41 mg/g za toluen, što je 70% više od onog za ZSM-5 s omjerom silicijevog dioksida od 38, jer poboljšana hidrofobnost smanjuje kompetitivnu adsorpciju molekula vode.
• Toplinska stabilnost i hidrotermalna postojanost: nizak-silicijev Y-tip (SiO₂/Al₂O₃=2) prolazi kosturni kolaps na 660 stupnjeva, dok visoki-silicij ZSM-5 (SiO₂/Al₂O₃>30) može izdržati temperature do 900 stupnjeva. Kada se omjer silicij-aluminijevog oksida u katalizatoru Cu/SSZ-13 poveća sa 6 na 16, stopa zadržavanja aktivnosti SCR se povećava sa 45% na 85% nakon hidrotermalne obrade na 800 stupnjeva /16 h, zbog smanjenja stope dealuminacije.

Strategija prilagodbe omjera silicijevog dioksida i glinice u industrijskim primjenama

• Fluidno katalitičko krekiranje (FCC): Kada je omjer silicijeva glinice u USY molekularnom situ 6-8, selektivnost koksa smanjuje se za 2,5 postotnih bodova, a prinos lakog ulja povećava se za 3%.
• Metanol prema olefinima (MTO): Kada je omjer silika-aluminijevog oksida SAPO-34 molekularnog sita 0,3-0,5, selektivnost etilen/propilen doseže 80%. Previsok omjer silicijeva glinice ubrzava taloženje ugljika policikličkih aromatskih ugljikovodika i uzrokuje deaktivaciju.
• Adsorpcija HOS-eva: Kapacitet adsorpcije ZSM-5 molekularnog sita s omjerom silicijevog dioksida od 300 za seriju benzena je 120 mg/g, a vrijeme prodiranja produljeno je na 66 minuta, što je bolje od 40 mg/g aktivnog ugljena.
• Uklanjanje NOx: Kada je omjer silicijevog dioksida aluminijevog oksida Cu/LTA katalizatora 16-23, stopa konverzije NOx ostaje na 90% nakon hidrotermalnog starenja na 600 stupnjeva, što ima i visoku aktivnost i izdržljivost.
• Kontrolirano otpuštanje lijeka: Nizak omjer silicijevog dioksida (1,5~2,0) zeolitsko molekularno sito tipa A postiže kontinuirano otpuštanje ibuprofena kroz regulaciju veličine pora, s 24-satnom stopom otpuštanja od 95%.
• CO₂hvatanje: amino-funkcionalizirano zeolitsko molekularno sito tipa X (omjer silicijevog dioksida 2,5) održava CO₂adsorpcijski kapacitet od 12 wt% u vlažnim uvjetima, a vodootpornost mu je povećana 3 puta.