Адсорбционные и молекулярно-ситовые свойства цеолитов

Adsorption and molecular-sit properties of zeolites

Saavedra Huayta Jose Angel

postgraduate, FGBOU IN "Kuban State University of Technology", Department ONGP, Russia, Krasnodar

Аннотация. В данной статье объясняется молекулярно-ситовые свойства цеолитов для разделение газов и жидкости на твердой поверхности, также выделяется основные применения цеолитов в качестве молекулярных сит в зависимости от размера молекул.

Abstract. This article outlines the importance of applying zeolite adsorbents in the industry, it also highlights their advantages and disadvantages, and explains the essence of the adsorption of liquids, especially for the adsorption method from the azeotropic mixture of water-methanol.

Ключевые слова: Цеолиты; углекислый газ; дисперсные системы; адсорбенты; энтальпия; осушка газа; риформинг; сорбция.

Keywords:  Zeolites; carbon dioxide; disperse systems; Adsorbents; enthalpy; Gas dehydration; reforming; sorption.

В данный момент для разделения низкокипящих газов распространено применение синтетических молекулярных сит. В начале нашего века были синтезированы более 80 разных видов цеолитов, большинство из них не встречаются в природе. Ученые изучали свойства синтетических цеолитов уже давно, но эти исследование в первый раз были опубликованы в 1957 г. Синтетические цеолиты имеют внутреннее строение и геометрическую структуру, также как у цеолитов, которые встречаются в природе.

Цеолиты нашли огромное применение в современном производстве, самые распространенные применения этого материала в качестве молекулярных сит, то есть разделение веществ в зависимости от размера молекул, следующие:

-       Выделение и очистка нормальных парафиновых углеводородов, которые являются сырьем для производства моющих средств и белково-витаминных компонентов

-       Разделение смесей олефиновых и парафиновых углеводородов

-        Разделение смесей ароматических углеводородов (смесь ксилолов и этилбензола)

-       Очистка природного газа от сернистых соединений, углекислого газа и меркаптанов

-       Очистка нефтяного попутного газа от сернистых соединений, углекислого газа и меркаптанов

-       Очистка воздуха от углекислого газа перед его разделением на кислород и азот.

-       Очистка газовых потоков

-       Очистка природного газа от сернистых соединений, углекислого газа и меркаптанов

-       Очистка нефтяного попутного газа от сернистых соединений, углекислого газа и меркаптанов и другие

Условия нахождения и образования цеолитов в природе разнообразны, и их воспроизведение в лабораторных условиях во многих случаях, по-видимому, не всегда может быть осуществлено из-за весьма различных масштабов продолжительности геохимических процессов образования цеолитов в земной коре и опытов по синтезу цеолитов в лаборатории. Учёные отмечали, что образование главной массы цеолитов связанно с последними стадиями застывания вулканических пород. В этих породах Цеолиты часто находятся в пустотах, возникших в процессе выделения из магмы перегретых паров воды. Образование цеолитов здесь происходит в результате воздействия на вулканически породы горячих водных растворов в условиях сравнительно низких давлений и температур в самой последней стадии гидротермических процессов. Цеолиты часто встречаются в базальтах, образовавшихся при подводных извержениях и в вулканически туфах, образовавшихся из упавшего в воду горячего вулканического пепла. Цеолиты, в числе последних минералов находятся в пегматитовых жилах, где они либо выпали из горячих водных растворов в последних стадиях застывания пегматитовой лавы либо образовались за счет изменения в процессе длительного воздействия водных растворов ранее выделившихся щелочных минералов (полевых шпатов, нефелина и т. д.).

Цеолиты являются молекулярными ситами. Они могут быть использованы для разделения веществ, например, воды из других компонентов путем повышение температуры. Ее можно удалять без изменений молекулярной структурой того вещества.  Внутри цеолита имеются каналы, через которые происходит адсорбция молекул меньших размеров. По этой причине цеолиты, в отличие от других пористых адсорбентов, можно назвать пористыми кристаллами.

Синтетические цеолиты сегодня имеют очень обширные способы для их применений, например в разных процессах в промышленности нефти, для разделение жидких смесей. Для разделение жидкости и для осушка газов применяются цеолиты в качестве поглотителей воды, они адсорбируют в себя воду, а если из цеолита удалить воду, поры могут быть заполнены снова водой или другим веществом, что и предопределяет их использование в процессах осушки, очистки и разделения веществ. Частично обезвоженный цеолит может поглощать взамен влаги другие вещества (этиловый спирт, аммиак, ряд красителей и др.). Цеолиты – это иониты, т. е. вещества, практически не растворимые в воде и в обычных растворителях и обладающие подвижным ионом, который при контакте с раствором электролита в него переходит. Взамен отданного иона ионит поглощает из раствора электролита катион или анион. Реакции ионообмена обратимы.

Поглощение вещества происходит в основном внутри цеолитов. Однако не все вещества могут проникать в эти структурные поры и поглощаться в них, благодаря этому суждению можно утверждать, что молекулы больших размеров проходят мимо этих каналов, а маленькие молекулы остаются внутри. Исходя из этого, можно сказать, что поглощаются только определённые молекулы. Для разделения жидкости на практике цеолиты используются в разных физических формах, это будет зависеть от производителя. На рынке могут появляться в виде шариков, порошка, гранул для осушки газов, а для разделения жидкостей можно использовать в виде порошка.

Выводы

В настоящее время цеолитовые молекулярные сита привлекают большое внимание исследователей. По-видимому, этот адсорбент должен получить в недалеком будущем широкое применение в промышленности из-за внутренней структуры (поры).