沸石分子筛的非骨架阳离子以相对固定的形式分布于骨架结构中,具有一定的流动性,可进行离子交换反应。沸石分子筛是一种优良的吸附剂,对极性小分子有很强的吸附能力,对于临界直径、极性、形状、不饱和度等不同的分子具有选择吸附性。所以,沸石分子筛被广泛地应用于诸多领域,尤其是气体分离行业。LiX沸石分子筛就是其中的代表,具有较好的氮氧吸附分离性能。通过稀土金属Ce³⁺对LiX沸石分子筛进行阳离子交换改性,分析其对氮氧吸附性能的变化,有利于得到氧气吸附性能更好的沸石分子筛。通过阳离子交换法在不同条件下对LiX沸石分子筛进行Ce³⁺改性,制备出Ce LiX沸石分子筛,并通过TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM、XRF等表征方法分析了改性前后分子筛的组成及结构变化;通过BET、气体吸附分析了不同反应条件下得到的CeLiX沸石分子筛的比表面积、孔径变化以及氮气和氧气的吸附性能;通过吸附模型拟合CeLiX分子筛对氮气和氧气的吸附,分析了CeLiX型沸石分子筛离子交换反应的动力学规律。交换次数和交换剂浓度是CeLiX沸石分子筛结构特征的主要影响因素。在一定的范围内,随着交换剂浓度的提高、交换次数的增加,CeLiX红外吸收峰和XRD衍射峰的强度均会减弱,粉体表面变得粗糙,但CeLiX能够保持稳定的骨架和晶体结构。当交换剂浓度和交换次数达到一定值时,继续增大交换剂浓度、增加交换次数,Ce LiX骨架和晶体结构容易遭到损坏、粉体表面变得光滑。反应时间和反应温度对Ce LiX沸石分子筛的结构影响较小,随着反应时间的增加、反应温度的提高,CeLiX沸石分子筛红外吸收峰的强度均会减弱,但是都不会影响其骨架结构。交换次数、交换剂浓度、反应时间和反应温度对CeLiX沸石分子筛比表面积、氮气吸附量和氧气吸附量均有一定影响,主要影响因素是交换次数和交换剂浓度。随着交换次数和交换剂浓度的增加,CeLiX比表面积和氮气吸附量逐渐减小,氧气吸附量先增加后减少。当固液比为1:40时,制备高氧气吸附量的CeLiX沸石分子筛的最佳水平条件为:交换次数3次,交换剂浓度0.10 mol/L,反应时间1 h,反应温度30℃。CeLiX沸石分子筛的O₂/N₂分离系数与交换剂浓度和交换次数密切相关,当交换次数为3次时,随着交换剂浓度的提高,分离系数逐渐增加,最高达到0.97,同LiX沸石分子筛相比,提高了592.9%。当交换剂浓度为0.10 mol/L时,随着交换次数的增加,分离系数逐渐增加,最高达到1.80,同Li X沸石分子筛相比,提高了718.2%。利用朗格缪尔方程和维里方程拟合不同交换次数的CeLiX沸石分子筛的氮氧吸附量,拟合结果与实验测得的氮氧吸附量的变化规律一致。动力学分析证明,Ce³⁺改性LiX沸石分子筛的离子交换反应符合准二级动力学模型。