天然沸石是具有明确结构的三维、微孔、结晶固体,在其规则框架中包含铝、硅和氧;阳离子和水位于孔隙中。硅和铝原子通过共享的氧原子相互四面体配位。在成分上,沸石类似于粘土矿物。更具体地说,两者都是铝硅酸盐。然而,它们的晶体结构不同。
许多类型的粘土具有分层晶体结构(类似于一副纸牌),并且会随着水在层间吸收和去除而收缩和膨胀。相比之下,沸石具有刚性的3维晶体结构(类似于蜂窝),由相互连接的隧道和笼子网络组成。水可以自由进出这些孔,但沸石框架保持刚性。这种结构的另一个特殊方面是孔和通道的尺寸几乎一致,使晶体可以充当分子筛。
多孔沸石含有水分子和钾离子和钙离子,以及各种其他带正电荷的离子,但只有那些分子大小合适的分子才能进入孔隙,从而产生“筛分”特性。由于它们的规则和可重复的结构,它们以可预测的方式运行。
一、沸石的种类
沸石是在世界许多地方开采的天然矿物。商业上使用的大多数沸石都是合成生产的。在开发沸石的应用时,重要的是要记住并非所有这些矿物都是相同的。沸石有近50种不同类型的沸石(斜发沸石、菱沸石、菱沸石、丝光沸石等),其物理和化学性质各不相同。晶体结构和化学成分是主要差异。颗粒密度、阳离子选择性、分子孔径和强度只是根据所讨论的沸石而不同的一些特性。重要的是要知道人们正在使用的沸石的具体类型,以确保它适合一个人的需要。
有许多天然和合成沸石,每一种都具有独特的结构。市售的孔径范围从大约3Å到大约8Å。一些商业材料是:A、β、丝光沸石、Y、ZSM-5。
二、天然沸石和合成沸石的最大区别是:
合成材料是由消耗能量的化学品制造的,而天然材料是由天然矿体加工而成。合成沸石的二氧化硅与氧化铝之比为1:1,斜发沸石(clino)沸石的比率为5:1。Clino天然沸石在弱酸性环境中不会分解,而合成沸石会。天然沸石结构具有更耐酸的二氧化硅,可将其结构固定在一起。clino天然沸石在农业工业中被广泛接受用作土壤改良剂和饲料添加剂。
1948年,RichardBarrer首次生产了一种没有天然对应物的合成沸石。大约在同一时间,米尔顿制造了第一批没有天然对应物的材料,如沸石A。新的天然沸石仍在被发现,世界各地的许多实验室正在发明新的合成沸石。