分子筛吸附分离技术的研究现状
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[摘 要]分子筛因其独特的孔道结构被广泛应用于吸附分离领域。本文主要介绍了分子筛吸附剂在清洁燃料生产、环境保护、气体分离等领域的研究现状，同时对分子筛吸附剂的研究方向提出指导意见。
[關键词]分子筛；吸附剂；清洁燃料；环境保护；气体分离
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0045-01
前言：分子筛是一类具有独特孔道结构的吸附剂，骨架中硅氧四面体和铝氧四面体通过氧桥键相连，空间呈网状结构，可将大小不同的分子进行选择性吸收，起到“筛分”分子的作用。目前，分子筛主要有A型、X型、Y型的低硅分子筛；M型、β型中硅分子筛以及具有代表性ZSM-5的高硅分子筛。分子筛因其较强的吸附能力，使其在分离领域获得一致认可，同时推动了分离技术的发展。随着国家对环境管控力度的加强，分子筛吸附分离技术在化工、环保、生物等领域得到广泛应用。
1 分子筛的工业应用
1.1在清洁燃料生产领域的应用
1.1.1吸附脱硫
相比传统的加氢脱硫来说，吸附脱硫具有操作简单、投资费用少等特点，近年来备受石化领域工作者和专家的青睐。裴玉同等采用NaY分子筛做为载体，通过负载金属进行改性研究。结果显示：Ag+改性的分子筛具有较好的吸附脱硫选择性和硫容性，其次是Cu2+改性的分子筛。对硫化物吸附方面，对噻吩的吸附效果最明显，吸附量最大；其次是苯并噻吩；吸附性最差的是二苯并噻吩。利用正交实验得出AgY分子筛最佳的合成工艺条件，并在此条件下吸附剂对噻吩的穿透硫容15.1mg.g-1，饱和硫容25.3mg.g-1。李小娟利用微波-液相法制备了Cu-Y、Ag-Y以及Cu/Ag-Y分子筛吸附剂，并将改性后的分子筛应用在吸附脱硫上面，结果表明：吸附剂表面路易斯酸越多，对含硫化合物噻吩的吸附性越高、选择性越好，脱效果更加明显，相对于单金属改性的分子筛吸附剂而言，Cu/Ag双金属协同作用改性的Y分子筛能更有效的脱出燃料油中的含硫化合物。
1.1.2吸附脱氮
燃料油的中含氮化合物不仅会严重抑制加氢脱硫的深度，还会造成加氢催化剂中毒失活，更容易生成生产胶质沉淀，使油品的氧化安定性变差。不仅如此，含氮化合物燃烧后的气体会产生酸雨严重污染环境。目前，脱氮的方法主要有加氢脱氮、溶剂萃取脱氮、络合脱氮、吸附脱氮等方法，其中吸附脱氮因其操作简单、费用低、吸收效果好等特点被广泛应用。徐晓宇在SBA-15分子筛上面嫁接了Al离子应用于吸附脱氮研究，结果表明：Al-SBA-15保留了分子筛原有的均匀介孔结构，改性后的Al-SBA-15分子筛表现更好的脱氮效果，吸附脱氮率为68.02%，吸附量为30.6mg/g。
1.2在环境保护中的应用
1.2.1废水处理
如今，经济的快速发展促使工业生产、城市化进程的步伐加剧，进而会产生大量的废水废气。废水中含有大量的铅、汞、铬等重金属离子，一旦排放到空气中，会严重污染环境以及危害人类健康。目前最为常用的处理重金属离子方法有化学沉淀法和分子筛吸附法，与化学沉淀法相比，分子筛吸附法不易造成二次污染而且经济适用，处理效果显著。闫惠采用粉煤灰制备出了NaA型及NaX型分子筛，并对含有重金属铜、锌、铬、镍等离子的废水进行处理，结果表明：两种材料对重金属的吸附效果较好，脱除率可达99%，处理后的废水金属离子含量符合GB8978-1996的国家标准规定的第一类污染物最高排放标准，该分子筛制备成本较低，处理废水效果明显，具有较好的工业应用前景。废水中不仅还有重金属离子还有大量污染环境的有机物以及氮氧化合物等物质，对于非重金属离子的脱出，分子筛同样表现出较好的效果。石建鹏通过模拟含有苯胺的废水静态试验，考察了ZSM-5分子筛吸附剂对处理废水中苯胺的影响，结果显示：该分子筛对苯胺吸附效果显著，吸附速率较快。当使用8g/L分子筛吸附水中苯胺时，吸附率可达95.7%。当温度和PH增大时，分子筛对苯胺的吸附率会升高，可达96%，吸附量可达37.3225ms/g。此外，用ZSM-5分子筛对实际废水进行处理时不仅有效的脱出苯胺，还能除掉里面的COD以及含氮物质。
1.2.2净化空气
汽车尾气、工厂废气以及装修释放的有害气体已经严重污染了人类赖以生存的空气，对人们的身体健康造成极大危害，为了净化空气还人们一个绿色家园，各领域的专家学者进行了大量的研究。分子筛因其具有良好的吸附性使其备关注，如今被广泛应用于空气净化领域。王国庆等对5A，ZSM-5，10X，13X型沸石分子筛吸附甲醛的性能进行了研究，发现10X沸石对甲醛的吸附量较高，穿透时间延长。张兰等利用SiO2做硅源，NaAlO2作为铝源，采用水热法合成了MCM-41 分子筛、β分子筛和β/MCM-41复合分子筛，考察分子筛对甲苯的吸附性能研究，结果表明：β/MCM-41复合分子筛对甲苯吸附容量最高，吸附性能最好。
1.3在气体分离领域的应用
1.3.1变压吸附制氧氮
变压吸附技术是近年来石化行业流行的气体分离技术，常用于空气分离系统，制取富氧、富氮气体。主要是利用分子筛对N2的亲和力高于O2，再通过周期性的压力变化进而达到分离两种气体的效果。王兴鹏利用沸石分子筛（ZMS）与碳分子筛（CMS）的吸附特性，设计了一种连续制备高浓度氧气的ZMS/CMS两级PSA工艺。首先，利用ZMS作为吸附剂分离出空气中的氮气；其次，再利用CMS作为吸附剂分离富氧气中的氩气，最终得到得到98.2%的高浓度氧气。
1.3.2有机物分子吸附分离
近年来，国家大力提倡生产高精尖产品，进而导致企业对采购的原材料和生产产品的纯度要求较高。常规的有机物分离技术大多采用精馏、分子蒸馏、萃取等分离手段，但对于某些组分相同、沸点相近的物质传统技术很难达到要求。随着分子筛吸附剂在石化领域的快速发展，学者们开始将吸附分离技术引入到有机物分子分离。梁欣欣通过利用金属铜锰铈对ZSM分子筛进行改性，采用浸渍法制备了Cu-Mn-Ce/ZSM分子筛吸附剂，以甲苯、乙酸乙酯和丙酮作为VOCs的代表，考察了分子筛对不同组分VOCs的吸附性能研究，结果表明：甲苯的饱和吸附量为32.47mg/g，吸附穿透时间为110min；乙酸乙酯的饱和吸附量为52.29mg/g，吸附穿透时间为150min；丙酮饱和吸附量为86.4mg/g，吸附穿透时间为210min。
结束语
分子筛因其独特的吸附性能在吸附分离领域得到广泛应用，同时推动了分离技术的发展。在清洁燃料生产领域，分子筛主要作为吸附剂进行脱氮脱硫；在环保领域，分子筛的主要用途是废水处理、净化空气；在气体分离领域，分子筛主要应用于变压吸附制氧氮和有机物分子的分离。相信随着专家学者不断的深入研究，分子筛的应用前景更加广阔。为了充分发挥分子筛的在吸附领域的应用，提出以下几点建议：
1）建立健全的分子筛吸附性能评价体系，为实际工业应用做指导；
2）根据不同的分离对象和工作环境，定制相应的分子筛结构和组成，提高其吸附容量和选择性；
3）开发实用性强、价格低廉的分子筛仍是今后研究的重点方向。
作者介绍：万冬冬，（1988-），女，大唐多伦煤化工有限责任公司，工程师，研究方向：化学工程与工艺
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