Quel est le rapport silice-alumine du tamis moléculaire zéolite

Quel est le rapport silice-alumine du tamis moléculaire zéolite ?

Le rapport silice-alumine (SiO₂/AlO₃rapport molaire) est un paramètre de régulation clé pour les performances de base des tamis moléculaires zéolitiques, influençant directement la stabilité de leur structure, la distribution des sites acides et la topologie des pores. Découvrons les caractéristiques de type-, les relations de structure-performances des tamis moléculaires zéolites avec différents rapports silicium-aluminium, ainsi que leur compatibilité d'application dans la pétrochimie, la protection de l'environnement, etc.

Définition du rapport silice-alumine

• Le rapport silice-alumine fait référence au rapport molaire ou rapport atomique (Si/Al) du tétraèdre silicium-oxygène (SiO₄) en aluminium-tétraèdre d'oxygène (AlO₄) dans le cadre du tamis moléculaire. Et sa valeur détermine la densité de charge de la charpente et le mode de compensation des cations.
• Le tamis moléculaire à faible rapport silice-alumine a une densité de charge négative élevée dans la structure et nécessite une grande quantité de compensation cationique. La structure du tamis moléculaire à rapport silice-alumine élevé est dominée par de fortes liaisons Si-O-Si, et sa structure topologique est très stable thermiquement. Le rapport silice-alumine régule la force acide, la distribution de la taille des pores et l'hydrophobie du tamis moléculaire, ce qui le rend adapté à différents scénarios industriels.

Classification du tamis moléculaire zéolite

Le mécanisme de régulation du rapport silice-alumine

• Régulation de l'acidité : Les atomes d'aluminium sont la source des sites acides de Brønsted, et le rapport silice-alumine affecte directement la densité et la force de l'acide : lorsque le rapport silice-alumine augmente de 20 à 150, la quantité totale de sites acides faibles (désorption à 120 degrés) et de sites acides forts (désorption à 400 degrés) du HZSM-5 diminue de 40 %. La proportion de sites acides forts dans un rapport silice-alumine élevé (tel que ZSM-5-300) diminue, inhibant la réaction secondaire de transfert d'hydrogène, et la sélectivité du propylène augmente jusqu'à 81,5 %.
• Structure des pores et performances d'adsorption : lorsque le rapport silice-alumine du tamis moléculaire ZSM-22 augmente de 40 à 130, le volume des pores augmente d'abord à 0,25 cm.³/g puis rétrécit à 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 a une capacité d'adsorption de 41 mg/g pour le toluène, soit 70 % supérieure à celle du ZSM-5 avec un rapport silice-alumine de 38, car l'hydrophobicité accrue réduit l'adsorption compétitive des molécules d'eau.
• Stabilité thermique et durabilité hydrothermale : type Y-à faible teneur en silicium (SiO₂/Al₂O₃=2) subit un effondrement du squelette à 660 degrés, tandis que le silicium à haute teneur en-ZSM-5 (SiO₂/Al₂O₃>30) peut résister à des températures allant jusqu'à 900 degrés. Lorsque le rapport silice-alumine dans le catalyseur Cu/SSZ-13 augmente de 6 à 16, le taux de rétention d'activité SCR augmente de 45 % à 85 % après traitement hydrothermal à 800 degrés/16 h, en raison de la diminution du taux de désalumination.

Stratégie d'adaptation du rapport silice-alumine dans les applications industrielles

• Craquage catalytique fluide (FCC) : lorsque le rapport silice-alumine du tamis moléculaire USY est de 6 à 8, la sélectivité du coke diminue de 2,5 points de pourcentage et le rendement en huile légère augmente de 3 %.
• Méthanol aux oléfines (MTO) : Lorsque le rapport silice-alumine du tamis moléculaire SAPO-34 est de 0,3 à 0,5, la sélectivité éthylène/propylène atteint 80 %. Un rapport silice-alumine trop élevé accélère le dépôt de carbone des hydrocarbures aromatiques polycycliques et provoque une désactivation.
• Adsorption des COV : La capacité d'adsorption du tamis moléculaire ZSM-5 avec un rapport silice-alumine de 300 pour la série benzène est de 120 mg/g, et le temps de pénétration est prolongé à 66 min, ce qui est meilleur que les 40 mg/g de charbon actif.
• Élimination des NOx : lorsque le rapport silice-alumine du catalyseur Cu/LTA est de 16 à 23, le taux de conversion des NOx reste à 90 % après un vieillissement hydrothermique à 600 degrés, ce qui présente à la fois une activité et une durabilité élevées.
• Libération contrôlée du médicament : le tamis moléculaire en zéolite de type A à faible rapport silice-alumine (1,5 ~ 2,0) permet une libération prolongée d'ibuprofène grâce à la régulation de la taille des pores, avec un taux de libération sur 24 heures de 95 %.
• CO₂capture : le tamis moléculaire de zéolite de type X fonctionnalisé par une amine- (rapport silice-alumine 2,5) maintient un CO₂capacité d'adsorption de 12 % en poids dans des conditions humides, et sa résistance à l'eau est augmentée de 3 fois.