沸石分子篩是一族含堿或堿土金屬、具有連通孔道并呈架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽礦物，是天然分子篩（即Zeolite礦）與人工合成分子篩的總稱。其天然礦物由瑞典礦物學(xué)家?A.F.Cronstedt于1756年研究銅礦時(shí)發(fā)現(xiàn)， 從此便揭開(kāi)了人類研究沸石的序幕。由于沸石礦具有大小固定且規(guī)整的孔道，且孔穴、孔徑分布窄，只允許小分子物質(zhì)進(jìn)入孔穴，從而使沸石具有分子篩的作用；再加上沸石分子篩具有陽(yáng)離子交換、催化、耐酸耐熱等特性，因此可廣泛應(yīng)用于石油化工、水泥建材、有機(jī)合成、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域。

一、什么是沸石分子篩

?沸石分子篩的基本結(jié)構(gòu)單元是由共享頂點(diǎn)面而形成的TO4四面體骨架結(jié)構(gòu)（T代表Si或Al等元素），其化學(xué)通式：M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O。式中M代表K、Na、Ca、Sr、Ba等堿或堿土金屬元素，n為金屬離子化合價(jià)。以?Si（或Al）原子為四面體中心，采用sp3雜化與頂點(diǎn)處4個(gè)氧原子成鍵，相鄰四面體之間共用一個(gè)氧原子，并通過(guò)氧橋相互聯(lián)結(jié)；多個(gè)四面體首尾相連，即形成多元環(huán)的次級(jí)結(jié)構(gòu)單元（如六元環(huán)、八元環(huán)、十元環(huán)和十二元環(huán)等），連接的四面體越多，沸石分子篩孔徑越大。多個(gè)多元環(huán)再通過(guò)復(fù)雜的三維聯(lián)結(jié)，就形成了沸石分子篩中空的骨架結(jié)構(gòu)。由骨架結(jié)構(gòu)、骨架中相互連接的孔道體系及孔道中的陽(yáng)離子和水分子差異不同形成了沸石分子篩系列礦物。

二、沸石分子篩的應(yīng)用

張海波研究了4A、5A 和 13X（有效孔徑分別為0.4、0.5、0.9 nm）3種合成沸石分子篩在一定實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)SO2（分子碰撞直徑 0.411 2 nm）的吸附穿透曲線。結(jié)果表明：當(dāng)沸石分子篩有效孔徑略大于吸附質(zhì)SO2的分子碰撞直徑時(shí)，吸附效果最好。 實(shí)驗(yàn)以N2 為載體，在溫度為 80 ℃、氣體流量為 0.7 L/min、SO2 初始質(zhì)量濃度為 5.71 g/m3（體積分?jǐn)?shù)為 0.2%）的條件下，5A 沸石分子篩吸附效果最好， 此時(shí)穿透時(shí)間為 74 min、平衡吸附量為 97.1 mg/g；同樣條件，當(dāng)沸石分子篩有效孔徑過(guò)大（13X）時(shí)，吸附選擇性減 弱，對(duì)專項(xiàng)氣體吸附不利，穿透時(shí)間和平衡吸附量均減小； 對(duì)于有效孔徑小于分子碰撞直徑的 4A 分子篩，則基本沒(méi)有脫硫效果。沸石分子篩對(duì)氣體分子的吸附除與有效孔徑有關(guān)外，還與沸石的比表面積、孔容等有關(guān)。 智永婷通過(guò)對(duì) 4A、ZSM-3（38）、13X 等3 種沸石分子篩在以 N2 為載體、混合 11.04%（體積分?jǐn)?shù)）的 CO2、SO2 初始質(zhì)量濃度為 5.26 g/m3、混合氣流量為 285 mL/min條件下進(jìn)行了SO2吸附特性研究，，雖然 13X 沸石分子篩的有效孔徑比略大于 SO2 碰撞直徑（0.4112 nm）的 ZSM-3（38）分子篩有效孔徑大，對(duì)SO2的吸附選擇性相對(duì)較弱，但由于其比表面積和孔容均較大，因此對(duì)SO2 的綜合吸附效果最好。

沸石分子篩還可去除水體中磷、放射性物質(zhì)、酚及油類、脫色、降氟污染物。有研究者用沸石床模擬吸附滇池暴雨徑流中磷的實(shí)驗(yàn)中，在前16 h磷的去除率均達(dá)到50%。阮芳研究了焙燒、酸/堿溶液處理等方式活化對(duì)沸石吸附甲基橙的效果，結(jié)果表明通過(guò)HCl處理后對(duì)甲基橙的脫色率達(dá)68.7%，是原沸石的3倍；進(jìn)一步負(fù)載TiO2，平衡吸附時(shí)間更長(zhǎng)，達(dá)90 min，且再生性好。

沸石分子篩由于具有離子交換性、選擇吸附性、催化和耐酸耐熱性，且比表面積大，能有效去除大氣和水體污染中的有機(jī)/無(wú)機(jī)污染物， 并在土壤改良、水土保持、 垃圾滲濾液處理及核廢物處理中也得到廣泛研究與應(yīng)用，具有無(wú)二次環(huán)境污染的特點(diǎn)，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但天然沸石礦畢竟有限，因此采用人工合成的方法或與其他材料復(fù)合等制備出有效孔徑窄、選擇性更好的吸附劑是較好的途徑。采用新的改性方法，有效調(diào)控孔徑大小及吸附容量，針對(duì)應(yīng)用對(duì)象制備高效吸附材料，研究再生循環(huán)利用，降低材料消耗等也是研究的方向，?尤其通過(guò)調(diào)變沸石分子篩的孔徑大小，使其適用于吸附大氣中微小顆粒物用于治理大氣環(huán)境中嚴(yán)重危害人類健康的霧霾方面，?具有較大潛力。