Zeolite是具有微孔孔的鋁硅酸鹽礦物，在工業(yè)中廣泛用作吸附劑和催化劑。瑞典礦物學(xué)家Axel?Fredrik?Cronstedt于1756年創(chuàng)造了沸石一詞，因為他發(fā)現(xiàn)快速加熱一種假定為輝沸石的材料會從材料吸附的水中產(chǎn)生大量蒸汽。本文將研究沸石化學(xué)、沸石用途、沸石性質(zhì)和沸石類型。

沸石化學(xué)結(jié)構(gòu)

所有沸石配方均由硅鋁酸鹽基質(zhì)組成，硅鋁酸鹽基質(zhì)具有四面體排列的硅(Si4+)和鋁(Al3+)陽離子，被四個氧陰離子(O2-)包圍。Si-O和Al-O鍵中的每個氧離子結(jié)合兩個陽離子并由兩個四面體共享，從而形成SiO2和AlO2四面體結(jié)構(gòu)單元的大分子三維結(jié)構(gòu)。這種原子排列中的每個四面體都有四個圍繞Si或Al陽離子的O原子，從而產(chǎn)生硅酸鹽四面體的三維結(jié)構(gòu)，Si:O比為1:2。

沸石結(jié)構(gòu)

沸石礦物是一種晶體材料，其結(jié)構(gòu)由連接的四面體組成，每個四面體都包含四個圍繞一個陽離子的O原子。在這個系統(tǒng)中可以找到通道和籠子形式的開放空腔。這些通常被H2O分子和通常可交換的骨架外陽離子占據(jù)。客體生物可以通過通道移動，因為它們足夠?qū)挕Ｃ撍l(fā)生在水合相中，溫度主要低于400°C，并且基本上是可逆的。(OH,F)基團(tuán)將通過占據(jù)不與相鄰四面體共享的四面體頂點來破壞結(jié)構(gòu)。

沸石性質(zhì)

沸石具有允許多種陽離子通過的多孔結(jié)構(gòu)，包括Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。在接觸溶液中，這些正離子被松散地保持，可以很容易地與其他離子交換。方沸石、菱沸石、斜發(fā)沸石、heulandite、natrolite、phillipsite和stilbite是一些更常見的沸石類型（沸石礦物）。鈉沸石的分子式是Na2Al2Si3O102H2O，它是沸石礦物的一個例子。這些陽離子交換沸石具有不同的酸度并催化多種酸催化反應(yīng)。

沸石是“分子篩”類微孔固體的硅鋁酸鹽成員，其主要由硅、鋁、氧和金屬如鈦、錫和鋅組成。“分子篩”一詞是指這些材料的一種特性，它允許它們使用尺寸排除程序選擇性地對分子進(jìn)行分類。這是由于非常規(guī)則的分子級孔結(jié)構(gòu)。通道的測量指定了可以穿透沸石孔隙的分子或離子物質(zhì)的最大尺寸。這些通常由孔徑的環(huán)尺寸定義，例如，術(shù)語“八環(huán)”指的是由八個四面體配位的硅（或鋁）原子和八個氧原子組成的閉環(huán)。由于許多因素，例如由單元鍵合引起的應(yīng)變或一些環(huán)的氧原子與結(jié)構(gòu)內(nèi)的陽離子配位，這些環(huán)并不總是完全對稱的。結(jié)果，許多沸石的孔不是圓柱形的。

沸石用途

由于其多功能性和適應(yīng)性，沸石多年來引起了研究人員和科學(xué)家的極大興趣。自1756年發(fā)現(xiàn)沸石以來，人們已發(fā)現(xiàn)它們是強(qiáng)吸附劑、離子交換劑和分子篩。特別是沸石的分子篩性能在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。

工業(yè)廢水處理：對高質(zhì)量飲用水的需求不斷增長，因此需要對各種來源的水進(jìn)行凈化，包括自然、商業(yè)、農(nóng)業(yè)和市政廢水。因此，使用天然沸石作為去除廢水污染物的試劑引起了很多興趣，并引發(fā)了大量研究。

工業(yè)：沸石與其他介孔材料（如MCM-41）一樣，通常用作石油化工行業(yè)的催化劑，如流化催化裂化和加氫裂化。分子被沸石限制在狹小的空間內(nèi)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性變化。酸性沸石也是強(qiáng)固態(tài)固體酸，可進(jìn)行多種酸催化反應(yīng)，包括異構(gòu)化、烷基化和裂化。

沸石也用作吸附劑和催化劑。由于其明確的孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)的酸度，它們在廣泛的反應(yīng)中具有高度活性。

沸石具有精確和特定氣體分離的能力，例如從低品位天然氣流中去除水、二氧化碳和二氧化硫。惰性氣體、N2、O2、氟利昂和甲醛是其他分離的例子。

沸石可用于熱化學(xué)儲存從太陽能集熱器收集的太陽能熱，以及用于吸附制冷。在這些應(yīng)用中使用了它們的高吸附熱和水合和脫水能力，同時保持結(jié)構(gòu)完整性。天然沸石可用于提取廢熱和太陽能熱能，因為它們的吸濕性和從脫水狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗蠣顟B(tài)時的固有放熱（能量釋放）反應(yīng)。在低溫吸附真空泵中，沸石用作分子篩。

在溫拌瀝青混凝土的制造中，沸石用作添加劑。它們通過降低瀝青混凝土制造和鋪設(shè)過程中的溫度來提供幫助，從而減少化石燃料的消耗，從而減少釋放的二氧化碳、氣溶膠和蒸汽。熱混合瀝青中的沸石使壓實更簡單，并且在一定程度上允許寒冷天氣攤鋪和更長的運輸。