沸石通常用于破壞臭氧,因?yàn)樗梢约铀賹⒊粞蹀D(zhuǎn)化為氧氣的過程。需要陽(yáng)離子來平衡鋁硅酸鹽骨架的負(fù)電荷。含有硅和鋁的四面體排列在三維框架中,形成相互連接的通道并形成具有大表面積的結(jié)構(gòu)。
天然沸石的一些用途是:干燥;離子交換反應(yīng);某些反應(yīng)的催化作用;氣體分離。
干燥:干燥是指除去水分。沸石是干燥劑或干燥劑,它們可以去除大氣中的水分。沸石 A 是一種合成沸石,通常用作洗滌劑中的軟水劑。沸石 A 的分子式為 Na12(Al12Si12O48)27H2ONa+ 是平衡鋁硅酸鹽離子電荷的陽(yáng)離子。鋁硅酸鹽離子的電荷 = 12 x +1 = 12+,鋁硅酸鹽離子的分子式為Al12Si12O4812+,沸石還含有27個(gè)結(jié)晶水(27H2O)。
松散的結(jié)晶水可以通過加熱從沸石中排出:將無水沸石置于潮濕空氣中會(huì)導(dǎo)致水被沸石吸收,因?yàn)橄到y(tǒng)試圖根據(jù)勒夏特列原理重新建立平衡。
陽(yáng)離子交換:在沸石結(jié)構(gòu)的通道內(nèi),與沸石骨架離子鍵合的離子(例如 Na+)可以被帶更多電荷的陽(yáng)離子置換。
陽(yáng)離子交換取決于:吸附強(qiáng)度,溶液中陽(yáng)離子的相對(duì)濃度。
水軟化:含有 Ca2+ 或 Mg2+ 的硬水可以通過裝有鈉沸石 NaZ 的柱子。雙正 Ca2+ 或 Mg2+ 陽(yáng)離子將 Na+ 離子從沸石顆粒骨架內(nèi)的通道中置換出來:
Na+ 不會(huì)像 Ca2+ 或 Mg2+ 那樣與肥皂形成沉淀,所以水已經(jīng)軟化了。由于陽(yáng)離子交換是平衡反應(yīng),因此可以通過使?jié)饴然c溶液或鹽水通過沸石來再生鈉沸石。根據(jù) Le Chatelier 原理,增加 Na+(aq) 的濃度會(huì)使平衡位置向左移動(dòng),有利于鈉沸石的重新形成并將 Ca2+ 或 Mg2+ 釋放回溶液中。
控釋氮肥:尿素是一種常見的水溶性氮肥,可以通過根區(qū)浸出。尿素通過在許多土壤中發(fā)現(xiàn)的酶脲酶轉(zhuǎn)化為氨。
氨與土壤中的水反應(yīng)形成銨離子:
土壤細(xì)菌將銨離子轉(zhuǎn)化為硝酸根離子,硝酸根離子很容易從土壤中浸出。
沸石可用于通過三種方式減少這種含氮養(yǎng)分的損失:尿素可以包含在沸石框架內(nèi),防止尿素滲入根區(qū)。沸石骨架中含有的尿素減緩了土壤細(xì)菌將尿素轉(zhuǎn)化為銨離子的速度。銨離子吸附到沸石的通道中可以保護(hù)它們免受硝化細(xì)菌的侵害,硝化細(xì)菌會(huì)將它們轉(zhuǎn)化為可浸出的硝酸根離子。隨著時(shí)間的推移,銨離子會(huì)緩慢地釋放到土壤中。
控釋氮肥:含有交換離子如銨的沸石可以與磷酸鹽礦物(如磷灰石、磷酸鈣)混合以生產(chǎn)控釋磷肥。沸石從磷灰石中吸收 Ca2+ 并將磷酸鹽和銨離子釋放到土壤中:
當(dāng)磷酸鹽被植物吸收時(shí),沸石將釋放更多的磷酸鹽和銨離子,以試圖根據(jù)勒夏特列原理重新建立平衡。
催化:氫離子 H+ 可以結(jié)合到沸石結(jié)構(gòu)中以實(shí)現(xiàn)電荷補(bǔ)償。這些氫離子與橋接氧結(jié)合,形成酸性基團(tuán)。這些沸石的行為類似于酸,可以在其通道內(nèi)引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)。只有特定形狀的分子才能進(jìn)入和離開沸石中的通道,因此沸石催化劑被認(rèn)為是形狀選擇性的。