天然沸石的基本性質(zhì)及物化性能

1、天然沸石的基本性質(zhì)

Zeolite是一種礦石，是一種分布很廣的硅酸鹽類礦物，最早發(fā)現(xiàn)于 1756 年。沸石礦主要存在于噴出巖，特別是玄武巖的孔隙中。沸石的分子式為AmBpO2p·nH2O，其中：A為Ca、Na、K、Ba、Sr等陽(yáng)離子，B為Al和Si，p為陽(yáng)離子化合價(jià)，m為陽(yáng)離子數(shù)，n為水分子數(shù)，它們的含水量多少隨外界的溫度與濕度的變化而變化。

我國(guó)沸石礦資源非常豐富，廣泛分布于我國(guó)東部地區(qū)，在全國(guó) 21 個(gè)省（自治區(qū)）發(fā)現(xiàn)沸石礦產(chǎn)地150 多處，已開采 50 余處，開采和發(fā)展前景十分廣泛。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)40種天然沸石礦物，以方沸石、斜發(fā)沸石、絲光沸石等較為常見。現(xiàn)今利用較多的為Clinoptilolite、絲光沸石等。

天然沸石的內(nèi)部一般是由硅氧四面體和鋁氧四面體構(gòu)成的，而由這些四面體再逐級(jí)地組成單元環(huán)、雙元環(huán)、多元環(huán)為三維空間架狀構(gòu)造的結(jié)晶多面體，如圖1所示。正是其獨(dú)特的性質(zhì)，使天然沸石擁有較強(qiáng)的吸附性能。

2、天然沸石的物化性能

天然沸石具有大量且規(guī)則的孔道孔穴結(jié)構(gòu)，使其有很大的比表面積，通常這些孔道和孔穴被水填充，加熱可去除水分子。正是因?yàn)檫@些性質(zhì)，使其具備離子交換性和吸附性等獨(dú)特的物理化學(xué)性能；除此以外，沸石還具有良好的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、可脫水性、多孔性等性能。

（1）吸附性能。天然沸石的大比表面積加上特殊的分子結(jié)構(gòu)而形成的較大靜電引力，使其具有很大的靜電力場(chǎng)。當(dāng)沸石結(jié)構(gòu)中的水被去除掉后，其內(nèi)部的孔穴和孔道就會(huì)“空缺”，由于沸石中的孔穴孔道的大小和形狀不會(huì)變化，和普通的分子大小相當(dāng)，因此沸石會(huì)對(duì)氣體或者分子具有相當(dāng)強(qiáng)的吸附力。沸石在色散力和靜電力的共同作用下對(duì)H2O、NH3、CO2等極性分子有較高的親和力，具有較高的吸附性能。工業(yè)上利用這些制成吸附劑或者干燥劑，用于吸附或分離某種氣體和液體。

（2）離子交換性能。天然沸石中含有大量的Ca、Na、K等陽(yáng)離子，這些離子可與其它離子進(jìn)行可逆交換。交換后，可以使靜電場(chǎng)發(fā)生變化，從而可以改變它的吸附性能，其程度隨陽(yáng)離子性質(zhì)和交換度的不同而不同。陽(yáng)離子的性質(zhì)包括陽(yáng)離子電荷的多少、與陽(yáng)離子半徑有關(guān)的各種特性等。

（3）催化性能。天然沸石擁有極大的表面積，在其結(jié)晶骨架和平衡離子上面的電荷布局密度較大。其中，在結(jié)晶骨架上出現(xiàn)了酸性物質(zhì)，使其具有酸性性質(zhì)，因此天然沸石是一種十分有效的固體催化劑。天然沸石所催化的很多反應(yīng)都屬于正碳離子型，其顯著特點(diǎn)是對(duì)許多反應(yīng)都有著催化活性。利用天然沸石作為載體，然后再加上具有催化性能的金屬，就可以更好地體現(xiàn)其催化活性。

（4）其它性質(zhì)。天然沸石除了具有上述幾種性質(zhì)以外，還具有極好的耐酸性和熱穩(wěn)定性。使用和再生時(shí)，沸石往往會(huì)受到高溫和強(qiáng)酸甚至是高壓的作用，所以沸石的耐高溫和耐強(qiáng)酸性能非常好。