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分子筛的结构

    各种分子筛最根本的区别是晶体结构的不同,不同分子筛具有不同的晶体结构。硅铝酸盐分子筛骨架的最基本单元是硅氧四面体和铝氧四面体,四面体的中心是硅或铝原子,其周围与四个氧原子相连,硅(铝)氧四面体通过共用顶点氧原子连接。磷铝酸盐分子筛中,磷氧四面体和铝氧四面体严格交替连接,骨架上的铝原子和磷原子可以被其他主族和过渡金属元素所替代。

铝硅氧四面体

    通过共用顶点的氧原子,所有的硅氧四面体和铝氧四面体相互连接成多元环,常见的有四元环、六元环和八元环。多元环的孔径被人们称为分子筛的窗口,被吸附的分子可以通过八元环(直径420pm)或更大的多元环(如十二元环)进入分子筛内部。由于六元环的孔径为220pm,四元环的孔径当然更小,所以一般分子是通不过的。小于窗口孔径的分子进入分子筛内部扣被吸附,而大于孔径的分子进不去,从小晶粒间的空隙中通过。这样,分子筛就起到了筛选分子的作用。
    硅铝四面体形成的四元环、六元环、八元环、二十元环等,环上的四面体再通过共用顶点相互连接可以形成三维骨架,骨架是中空的,人们称之为空穴,可形象地称其为笼。
    1、α笼,12个四元环、8个六元环和6个八元环可以组成一个α笼,共有26个面,48个顶角。空腔的有效体一般为760A3,其平均直径为1140pm。它是A型分子筛中起主要作用的笼,根据被吸附物质的直径大小不同,每笼可能容纳25个H2O,或19个NH3,或12个CH3OH,或9个CO2,或4个C4H10。

分子筛晶体结构

    2、β笼,由8个六元环和6个四元环构成的笼叫做β笼,它共有24个顶角,每个顶角上都有1个硅(或铝)原子;每条边上都有1个氧原子。空腔的有效体积一般为160A3,其平均直径为660pm。β笼的构型可以理解成一个正八面体经削去八个角后所形成的一种空间构型。β笼的进一步相互连接就可以形成A型、X型、Y型分子筛。
    3、γ笼,是由6个四元环组成的一个立方体,有8个顶角,由于四元环孔径极小,只有100pm,一般分子进不到里面去。

 笼结构

    4、八面沸石笼,是一个由18个四元环和4个十二元环所组成的26面体。八面混石笼是X型和Y型分子筛的最主要孔穴,十二元环是八面沸石笼的主要构成部分,被吸附分子可以通过十二元环进入笼中。