哪些行业会用到分子筛?
分子筛凭借其独特的吸附、分离以及催化等性能,在众多行业中都有着广泛且重要的应用,以下是一些主要应用分子筛的行业介绍:
一、石油化工行业
1. 石油炼制·催化裂化:在催化裂化过程中,分子筛可作为催化剂的关键载体,比如 Y 型分子筛,将活性金属(如镍、钼等)负载其上,利用分子筛较大的比表面积、规整的孔道结构以及良好的热稳定性,使活性金属高度分散,提高催化剂的活性和选择性,有助于将重质油转化为轻质油(如汽油、柴油等),提升石油炼制的效率和产品质量。
·加氢裂化:作为加氢裂化催化剂的组成部分,分子筛能为反应物提供更多的接触位点,促进大分子烃类在氢气存在的条件下发生裂解反应,生成更符合市场需求的小分子烃类产品,同时也有助于控制产物的选择性,提高高附加值产品的收率。2. 石油化工产品生产
·芳烃分离:对于混合芳烃(如苯、甲苯、二甲苯等)的分离,分子筛可以依据不同芳烃分子的大小、形状以及吸附亲和力等差异,精准地将它们分离开来,满足化工生产中对不同芳烃纯度的要求,为后续生产聚酯、化纤等众多下游产品提供高质量的原料。
·烯烃生产:在甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)等工艺中,特定的分子筛(如 ZSM-5 分子筛等)可直接作为催化剂,催化甲醇转化为乙烯、丙烯等重要的化工基础原料,拓宽了烯烃的生产途径,尤其对于以煤或天然气为原料制取烯烃的化工工艺发展有着重要推动作用。
二、天然气工业
1. 天然气净化
·脱水:天然气中通常含有一定量的水蒸气,分子筛对水分子有着很强的吸附能力,可用于去除天然气中的水分,防止在后续的输送、储存以及使用过程中,因温度降低出现水合物堵塞管道、设备腐蚀等问题,保障天然气的稳定供应和安全使用。
·脱除酸性杂质气体:同时,分子筛还能吸附脱除天然气中的二氧化碳、硫化氢等酸性杂质气体,降低天然气的酸性,提高其热值和品质,使其符合输送和使用的标准要求,减少对环境的污染以及对下游设备的损害。
2. 天然气液化
在天然气液化(LNG)工艺中,需要将天然气深度脱水和脱除杂质,以满足低温液化的要求,分子筛在此过程中起着关键的前端净化作用,确保进入液化单元的天然气处于超洁净、干燥的状态,避免在低温下形成冰或固体杂质堵塞低温设备,保障液化工艺的顺利进行。
三、空气分离行业
·制取氧气:通过变压吸附(PSA)或变温吸附(TSA)等工艺,利用分子筛对氮气、氧气等气体分子的吸附选择性差异,在空气分离装置中富集氧气,实现从空气中制取氧气的目的。常用于工业大规模制氧(如钢铁、化工等行业的生产用氧)以及小型的医用、家用制氧设备等,满足不同场景下对氧气的需求。
·制取氮气:同样基于其吸附特性,分子筛也能在空气分离过程中富集氮气,制取高纯度氮气,为化工、电子、食品等众多行业提供氮气保护气、吹扫气等,保障生产过程在氮气氛围下安全、稳定地进行,防止产品被氧化或受到其他杂质影响。
四、制药行业
1. 药品生产中的干燥与净化
·有机溶剂脱水:在制药过程中常常会用到各种有机溶剂(如乙醇、丙酮等),分子筛可用于去除这些有机溶剂中的微量水分,提升有机溶剂的纯度,确保药品合成、提取等环节的质量和稳定性,因为水分含量过高可能影响化学反应的进行以及药品的品质。
·空气净化:对于药品生产车间的空气净化,分子筛可以吸附空气中的水分、微生物、杂质气体等,营造洁净、干燥且符合药品生产质量管理规范(GMP)要求的生产环境,防止药品在生产过程中受到污染,保证药品的安全性和有效性。
2. 药物分离与提纯
在药物的分离、提纯环节,例如从天然药物提取物中分离有效成分,或者对合成药物进行精制,分子筛可凭借其选择性吸附和分离的特性,依据药物分子与杂质分子的差异,辅助实现有效成分的富集和杂质的去除,提高药品的纯度和质量等级。
五、电子工业
1. 半导体制造
·超洁净气体供应:半导体芯片制造过程对环境要求极高,需要超洁净且高纯度的气体环境。分子筛可用于空气分离制取高纯度的氮气、氧气等气体,作为保护气、吹扫气或反应气使用,同时还能吸附去除气体中的微量杂质(如金属离子、有机物等),避免这些杂质对半导体制造过程中的精密设备、敏感材料等产生腐蚀、污染等不良影响,确保芯片制造的高质量进行。
·硅片加工:在硅片的生长、清洗等环节,分子筛可用于净化处理相关的工艺气体和液体,保障硅片表面的洁净度和平整度,提高硅片的质量,为后续的光刻、蚀刻等工序提供良好的基础条件。
2. 电子元器件封装
在电子元器件封装过程中,分子筛可以作为干燥剂使用,吸附封装环境中的水分,防止水分进入封装内部导致电子元器件受潮、短路等故障,延长电子元器件的使用寿命,保障电子产品在不同的使用环境下都能稳定运行。
六、环保行业
1. 废气处理
·吸附有害气体:对于工业生产过程中排放的废气,如含有二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物(VOCs)等有害气体,分子筛可通过选择性吸附将这些有害气体从废气中分离出来,实现废气的初步净化,减少对大气环境的污染。部分分子筛在经过改性等处理后,对特定的有害气体吸附效果更佳,可满足不同行业废气治理的需求。
·催化分解有害气体:一些具有催化活性的分子筛还能直接参与有害气体的分解反应,例如在汽车尾气处理中,某些分子筛催化剂可促进一氧化碳、碳氢化合物等污染物的氧化分解,降低尾气中污染物的含量,使其符合排放标准。
2. 污水处理
·吸附水中杂质:在污水处理中,分子筛可以吸附水中的重金属离子(如汞、镉、铅等)、有机污染物(如农药残留、染料等)以及部分悬浮物等,起到净化水质的作用,尤其是对于一些难以通过常规生化处理方法去除的微量污染物,分子筛的吸附作用能发挥独特的优势。
·深度处理与回用:对于经过初步处理后的中水,分子筛可参与深度处理环节,进一步提升水质,使其达到回用标准,实现水资源的循环利用,缓解水资源短缺的压力。
七、食品行业
1. 食品保鲜与储存
·控制环境湿度:在食品仓库、冷链运输等环节,分子筛可作为干燥剂使用,吸附环境中的水分,维持环境的干燥程度,防止食品因受潮而发霉、变质,延长食品的保质期,尤其适用于对湿度敏感的食品,如饼干、干货、中药材等。
·去除异味和杂质气体:同时,它还能吸附环境中的异味、氧气以及可能存在的有害气体(如乙烯等会加速水果成熟、腐烂的气体),营造良好的储存氛围,保持食品的新鲜度和品质。
2. 食品加工过程中的净化
在食品加工过程中,对于加工用水、工艺用气等的净化,分子筛可以去除其中的杂质、水分和异味,确保加工过程中使用的水和气体符合食品卫生标准,保障食品的安全性和质量,例如在饮料生产中净化处理原水,在烘焙食品制作中净化空气等。
八、汽车行业
1. 汽车空调系统
在汽车空调系统中,分子筛作为干燥剂,用于吸附空调系统中循环制冷剂里的水分,防止水分在制冷系统内结冰,影响制冷效果,同时避免水分与制冷剂发生化学反应,产生腐蚀性物质,损坏空调系统的部件,延长空调系统的使用寿命,保障汽车空调的正常运行。
2. 汽车尾气净化
如前面在环保行业中所述,部分分子筛在汽车尾气处理中作为催化剂,参与催化一氧化碳、碳氢化合物等有害气体的氧化分解反应,降低尾气中的污染物含量,助力汽车满足日益严格的尾气排放标准,减少对大气环境的污染,改善空气质量。
总之,分子筛在众多行业中都发挥着不可或缺的作用,随着科技的不断发展和各行业对高性能材料需求的增加,其应用领域还在持续拓展和深化。