天然沸石是具有明確結構的三維、微孔、結晶固體,在其規(guī)則框架中包含鋁、硅和氧;陽離子和水位于孔隙中。硅和鋁原子通過共享的氧原子相互四面體配位。在成分上,沸石類似于粘土礦物。更具體地說,兩者都是鋁硅酸鹽。然而,它們的晶體結構不同。
許多類型的粘土具有分層晶體結構(類似于一副紙牌),并且會隨著水在層間吸收和去除而收縮和膨脹。相比之下,沸石具有剛性的3維晶體結構(類似于蜂窩),由相互連接的隧道和籠子網(wǎng)絡組成。水可以自由進出這些孔,但沸石框架保持剛性。這種結構的另一個特殊方面是孔和通道的尺寸幾乎一致,使晶體可以充當分子篩。
多孔沸石含有水分子和鉀離子和鈣離子,以及各種其他帶正電荷的離子,但只有那些分子大小合適的分子才能進入孔隙,從而產(chǎn)生“篩分”特性。由于它們的規(guī)則和可重復的結構,它們以可預測的方式運行。
一、沸石的種類
沸石是在世界許多地方開采的天然礦物。商業(yè)上使用的大多數(shù)沸石都是合成生產(chǎn)的。在開發(fā)沸石的應用時,重要的是要記住并非所有這些礦物都是相同的。沸石有近50種不同類型的沸石(斜發(fā)沸石、菱沸石、菱沸石、絲光沸石等),其物理和化學性質各不相同。晶體結構和化學成分是主要差異。顆粒密度、陽離子選擇性、分子孔徑和強度只是根據(jù)所討論的沸石而不同的一些特性。重要的是要知道人們正在使用的沸石的具體類型,以確保它適合一個人的需要。
有許多天然和合成沸石,每一種都具有獨特的結構。市售的孔徑范圍從大約3?到大約8?。一些商業(yè)材料是:A、β、絲光沸石、Y、ZSM-5。
二、天然沸石和合成沸石的最大區(qū)別是:
合成材料是由消耗能量的化學品制造的,而天然材料是由天然礦體加工而成。合成沸石的二氧化硅與氧化鋁之比為1:1,斜發(fā)沸石(clino)沸石的比率為5:1。Clino天然沸石在弱酸性環(huán)境中不會分解,而合成沸石會。天然沸石結構具有更耐酸的二氧化硅,可將其結構固定在一起。clino天然沸石在農(nóng)業(yè)工業(yè)中被廣泛接受用作土壤改良劑和飼料添加劑。
1948年,RichardBarrer首次生產(chǎn)了一種沒有天然對應物的合成沸石。大約在同一時間,米爾頓制造了第一批沒有天然對應物的材料,如沸石A。新的天然沸石仍在被發(fā)現(xiàn),世界各地的許多實驗室正在發(fā)明新的合成沸石。