天然沸石的基本性質及物化性能

1、天然沸石的基本性質

沸石是一種礦石，是一種分布很廣的硅酸鹽類礦物，最早發現于 1756 年。沸石礦主要存在于噴出巖，特別是玄武巖的孔隙中。沸石的分子式為AmBpO2p·nH2O，其中：A為Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子，B為Al和Si，p為陽離子化合價，m為陽離子數，n為水分子數，它們的含水量多少隨外界的溫度與濕度的變化而變化。

我國沸石礦資源非常豐富，廣泛分布于我國東部地區，在全國 21 個省（自治區）發現沸石礦產地150 多處，已開采 50 余處，開采和發展前景十分廣泛。現已發現40種天然沸石礦物，以方沸石、斜發沸石、絲光沸石等較為常見。現今利用較多的為斜發沸石、絲光沸石等。

天然沸石的內部一般是由硅氧四面體和鋁氧四面體構成的，而由這些四面體再逐級地組成單元環、雙元環、多元環為三維空間架狀構造的結晶多面體，如圖1所示。正是其獨特的性質，使天然沸石擁有較強的吸附性能。

2、天然沸石的物化性能

天然沸石具有大量且規則的孔道孔穴結構，使其有很大的比表面積，通常這些孔道和孔穴被水填充，加熱可去除水分子。正是因為這些性質，使其具備離子交換性和吸附性等獨特的物理化學性能；除此以外，沸石還具有良好的熱穩定性、導電性、可脫水性、多孔性等性能。

（1）吸附性能。天然沸石的大比表面積加上特殊的分子結構而形成的較大靜電引力，使其具有很大的靜電力場。當沸石結構中的水被去除掉后，其內部的孔穴和孔道就會“空缺”，由于沸石中的孔穴孔道的大小和形狀不會變化，和普通的分子大小相當，因此沸石會對氣體或者分子具有相當強的吸附力。沸石在色散力和靜電力的共同作用下對H2O、NH3、CO2等極性分子有較高的親和力，具有較高的吸附性能。工業上利用這些制成吸附劑或者干燥劑，用于吸附或分離某種氣體和液體。

（2）離子交換性能。天然沸石中含有大量的Ca、Na、K等陽離子，這些離子可與其它離子進行可逆交換。交換后，可以使靜電場發生變化，從而可以改變它的吸附性能，其程度隨陽離子性質和交換度的不同而不同。陽離子的性質包括陽離子電荷的多少、與陽離子半徑有關的各種特性等。

（3）催化性能。天然沸石擁有極大的表面積，在其結晶骨架和平衡離子上面的電荷布局密度較大。其中，在結晶骨架上出現了酸性物質，使其具有酸性性質，因此天然沸石是一種十分有效的固體催化劑。天然沸石所催化的很多反應都屬于正碳離子型，其顯著特點是對許多反應都有著催化活性。利用天然沸石作為載體，然后再加上具有催化性能的金屬，就可以更好地體現其催化活性。

（4）其它性質。天然沸石除了具有上述幾種性質以外，還具有極好的耐酸性和熱穩定性。使用和再生時，沸石往往會受到高溫和強酸甚至是高壓的作用，所以沸石的耐高溫和耐強酸性能非常好。