分子篩離子交換問題

① 淺談沸石分子篩的性能

分子篩是一類具有均勻微孔，主要由硅、鋁、氧及其它一些金屬陽離子構成的吸附劑或薄膜類物質，其孔徑與一般分子大小相當，據其有效孔徑來篩分各種流體分子。沸石分子篩是指那些具有分子篩作用的天然及人工合成的晶態硅鋁酸鹽。

沸石分子篩的性能

1、吸附性能

沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產生的一種「表面力」，當流體流過時，流體中的一些分子由於做不規則運動而碰撞到吸附劑表面，在表面產生分子濃聚，使流體中的這種分子數目減少，達到分離、清除的目的。由於吸附不發生化學變化，只要設法將濃聚在表面的分子趕跑，沸石分子篩就又具有吸附能力，這一過程是吸附的逆過程，叫解析或再生。由於沸石分子篩孔徑均勻，只有當分子動力學直徑小於沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內部而被吸附，所以沸石分子篩對於氣體和液體分子就猶如篩子一樣，根據分子的大小來決定是否被吸附。由於沸石分子篩晶穴內還有著較強的極性，能與含極性基團的分子在沸石分子篩表面發生強的作用，或是通過誘導使可極化的分子極化從而產生強吸附。這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。

2、離子交換性能

通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補償離子一般是質子和鹼金屬或鹼土金屬，它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價態的金屬離子型沸石分子篩。離子在一定的條件下，如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。

在水溶液中，由於沸石分子篩對離子選擇性的不同，則可表現出不同的離子交換性質。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應是自由擴散過程。擴散速度制約著交換反應速度。

3、催化性能

沸石分子篩具有獨特的規整晶體結構，其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構，並具有較大比表面積。大部分沸石分子篩表面具有較強的酸中心，同時晶孔內有強大的庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能優異的催化劑。多相催化反應是在固體催化劑上進行的，催化活性與催化劑的晶孔大小有關。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時，催化反應的進行受到沸石分子篩晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形狀都可以對催化反應起著選擇性作用。在一般反應條件下沸石分子篩對反應方向起主導作用，呈現了擇形催化性能，這一性能使沸石分子篩作為催化新材料具有強大生命力。

② 通過離子交換法可以將金屬引入沸石篩骨架嗎

金屬離子進入沸石骨架的方法有如下幾種：
1.原位合成。即在沸石合成時引入金屬回陽離子，則答在沸石骨架中引入金屬陽離子來充當正電位來平衡骨架電荷。
2.浸漬。即將沸石做成一定的形狀，用金屬陽離子溶液來浸泡，靠毛細管壓力將金屬離子滲透到內部。
3.離子交換。即利用沸石分子篩的通性-離子交換性，用金屬離子溶液與沸石原粉進行離子交換。
目前，用得最多的可能是離子交換法，主要原因是1.操作簡單；2沸石離子交換可與與改性同時進行，它們之間有相通性。其次離子交換效果好。
至於說到表徵我們一般就是分析粉體中陽離子含量。比如NaY沸石想引入La離子，則在交換完成後分析粉體中的La2O3含量。 另外較為先進的就是利用分子探針分析其在骨架上的分布情況，不過我們還未做過。
這方面成功的例子不少，如NaA沸石中引入K、Ca，NaY沸石中引入稀土離子，ZSM-5分子篩中引入Pt、Pd、Zn等等。

③ 離子交換層析速問速答

離子交換層析是一種基於樣品的帶電性質進行分離的技術，主要用於蛋白純化。以下為離子交換層析的問答，旨在深入理解該技術。

01、離子交換層析分為哪幾種？

離子交換層析根據配基的不同，主要分為陽離子交換層析和陰離子交換層析。陽離子交換柱可以吸附帶正電荷的蛋白，而陰離子交換柱則吸附帶負電荷的蛋白。

02、如何選擇陽離子還是陰離子？

蛋白是兩性分子，具有等電點（PI）。當緩沖液的PH值低於蛋白的等電點（PI），蛋白帶正電荷時，應選擇陽離子交換柱；反之，當PH值高於等電點（PI），蛋白帶負電荷時，選擇陰離子交換柱。

03、強和弱離子交換劑的區別？

強離子交換劑在PH范圍內載量恆定，弱離子交換劑載量隨PH變化。優先使用強離子交換劑，若選擇性不足，嘗試使用弱離子交換劑。

04、如何選擇緩沖液的PH值？

建議使用PH 6-8的中性緩沖液。通常，選擇與等電點相差1個PH值的緩沖液作為初始嘗試。為了達到最佳分離效果，通常需要進行PH條件的摸索。

05、若不知道蛋白的等電點？

大多數蛋白的等電點低於PH 7，可以使用Q柱進行嘗試，緩沖液使用PH 7。也可以選擇離子交換試劑盒進行摸索。

06、緩沖液的配置？

請參照說明書，注意在添加氯化鈉後調整PH。

07、初次實驗的標准條件？

開始使用緩沖液A：20-50 mM，洗脫緩沖液B：20-50 mM + 1M NaCl。

08、樣品未結合？

可能原因包括：樣品鹽濃度太高、PH優化不足、緩沖液含有帶電物質（如去垢劑）、柱效下降。解決方法包括CIP清洗。

09、結合後無法洗下？

嘗試增加洗脫液鹽濃度、評估蛋白穩定性、優化PH值。

10、純度不足？

解決方法包括：採用線性梯度洗脫、優化緩沖液條件、使用更高解析度產品、增加分子篩、疏水等多步純化。

④ 4A分子篩的性質功能

離子交換性能----軟化水質功能： 4A分子篩骨架中的每一個氧原子都為相鄰的兩個四面體所共有，這種結構形成了可為陽離子和水分子占據的大晶穴，而且這些陽離子和水分子有較大的移動性，可進行陽離子交換和可逆脫水。4A分子篩的離子交換是在帶有鋁離子的骨架上進行的，每一個鋁離子所帶的一個負電荷，不僅可以結合鈉離子，也可以結合其它陽離子。鈣、鎂離子可以進入原來鈉離子占據的大晶穴，將4A分子篩中的鈉離子替換下來----即4A分子篩中的鈉離子可進行離子交換，可與硬水中的Ca2+、、Mg2+離子進行交換，從而達到軟化水質的目的。 4A分子篩結合鈣鎂離子的速度比三聚磷酸鈉慢，且與鎂離子的結合能力較弱。但4A分子篩可將水溶液中少量有害的重金屬離子（如Pb2+、Cd2+、Hg2+）能很容易快速除去，對凈化水質有著十分重要的意義。 對表面活性劑的吸附性----載液功能： 由於4A分子篩晶體的孔穴結構，加上微粒具有很大的比表面積，所以4A分子篩的吸附性能很強。 對非離子表面活性劑的吸附，4A分子篩是NTA(次氨基三乙酸鹽)和碳酸鈉的3倍，是三聚磷酸鈉（STPP）和硫酸鈉的5倍，這個性質對於在附聚成型生產高濃縮洗衣粉中配入更多的表面活性劑，製得洗滌和流動性能好的產品很有意義。通過實驗，4A分子篩的液體攜帶量≥30%，在洗衣粉生產過程中加入4A分子篩，可增加材料流動性，調節粘度，製得產品外觀、流動性和抗結塊性能力好的產品。 去污力：通過實驗對含不同助劑同一配方，改變助劑比較其去污力，發現20%的STPP、20%的分子篩、4%的聚合物去污效果與40%的STPP相當，在無磷配方中20%的分子篩中加入10%的碳酸鈉和4.5%的聚合物，可得到去污力十分理想的產品。 抗再沉積性：4A分子篩具有良好的油污附著力，當碳酸鈉、CMC、硅酸鈉和硫酸鈉等助劑中加入沸石後，明顯減少尼龍布對油污的吸附。沸石的粒度在0.4-1.0μm時，其分散性比較好，可以防止在織物上附著。 雖然4A分子篩的分散能力不如STPP，但通過與聚丙烯酸鈉復配可以解決其對污垢的分散問題。 與其他助劑的配伍性： 4A分子篩與其他助劑得當可以使其性能互補，4A分子篩對污垢的分散性及對硬度離子的螯合性不如STPP，但4A分子篩與STPP混用，去污力可達到單一用STPP的效果。這是因為STPP能自固體表面快速絡合鈣鎂離子，並通過水介質傳給4A分子篩。4A分子篩結合鎂離子能力差，可通過在分子篩中復配硅酸鹽、碳酸鹽得到補償。 PH緩沖作用：4A分子篩呈鹼性，1%的水溶液PH在11.0，因此具有一定的緩沖鹼度。 安全性：4A分子篩無毒，對人體高度安全。對眼睛、皮膚無刺激，不會導致過敏，使用安全可靠。在洗滌後沉積於土壤中，不造成污染，而且還可以改良土壤，4A分子篩對生態無不良影響。

⑤ NaY分子篩如何進行NH4離子交換

NaY分子篩對NH4+的吸附（離子交換）屬於化學吸附

反應方程式及機理如下圖所示：

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