沸石的结构和特性.docx

沸石的结构和特性1756年，瑞典矿物学家Cronsted发现了自然界中沸石的存在，但是直到五六十年代，以美 国UCC公司为代表研究成功沸石晶体的水热合成工艺之后，才开始广泛利用这种矿物目 前，它已被广泛的应用于日用化工、环境保护、石油加工等领域本文对沸石的吸附性能和 离子交换性及其在水处理中的应用研究作一详细介绍沸石的结构和性能1、沸石的结构特征沸石的最基本构成单元是硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(A1O4)在平面内表示为图1，硅氧四 面体通过共用所有氧而相互连结在一起(如图2所示)O OI IO Si o o AI oO O图1单元结构F ig 1 U nit structureO Si O Si o Al oI ! Io o oI I Io Al O Si o Si OI I Io o o图2结构Fig 2 Structure沸石分子式一般可表示为M2onO • A12O3 • XSiO2 • YH2O，其中n为阳离子M的化合价沸 石的结构可分为3个部分：铝硅酸盐格架；格架中相互连接的孔隙(孔道或空穴)；在孔道或 空穴中的阳离子和水分子沸石的这种特殊结构决定了其具有吸附性、扩散性、离子交换性 和催化性等。

因此，它是一种优良的吸附剂、离子交换剂和催化剂2、 沸石的吸附性能沸石不同于一般常用的固体吸附剂(如硅胶，活性碳等)，沸石有两个显著的特点：沸石的选 择性吸附和离效率吸附⑴选择性吸附在一般情况下，沸石的中心大空穴和孔道都充满水分子，这些水分子围绕可交换阳离子形成 水化球，通常在350r或400°C下加热数小时或更长时间，沸石将失去水分这时，有效直 径小到足以通过孔道的分子将易于被沸石吸附在脱水孔道和中心空穴中，而直径过大无法进 入孔道的分子将被排斥，这就是人们所熟知的“分子筛”的筛分能力另外，分子筛对分子 的极性大小具有选择作用，极性越大可越容易被极化的物质，就越容易被吸附⑵高效吸附沸石具有高效吸附性，特别是对水、氨、硫化氢、二氧化碳等分子具有很强的亲合力3、 沸石的离子交换性能离子交换性能是沸石的另外一个重要性能沸石的离子交换一般是在水溶液中进行的，其反 应可用下式表示：Na(Z)+M(S)=M(Z)+Na(S)式中，Z表示沸石相，S表示溶液相，M(S)是溶液中取代沸石钠离子(Na(Z))的交换离子沸 石的离子交换性能，主要与沸石结构中的硅铝比的高低、沸石孔穴的大小、阳离子位置以及 阳离子的性质有关。

沸石中阳离子是由于沸石中部分硅被铝置换后产生不平衡电荷而进入 的，因此硅铝比高，则铝氧四面体所形成的负电荷少，格架电荷亦低，为平衡这些电荷而进 入沸石中的阳离子也少，因此影响离子交换沸石孔穴小，影响构型大的离子进行交换对 于不同的阳离子位置和不同的阳离子性质，离子交换能力也不一样常见的天然沸石，斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离子交换容量斜发沸石的理论交 换容量为0.213mol/100g,丝光沸石的理论交换容量为0.223mol/100g通过交换，改进了沸 石的吸附和催化性能，从而得到了更广泛的应用。