天然沸石的基本性质及物化性能

天然沸石的基本性质及物化性能

1、天然沸石的基本性质

Zeolite是一种矿石，是一种分布很广的硅酸盐类矿物，最早发现于 1756 年。沸石矿主要存在于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中。沸石的分子式为AmBpO2p·nH2O，其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，p为阳离子化合价，m为阳离子数，n为水分子数，它们的含水量多少随外界的温度与湿度的变化而变化。

我国沸石矿资源非常丰富，广泛分布于我国东部地区，在全国 21 个省（自治区）发现沸石矿产地150 多处，已开采 50 余处，开采和发展前景十分广泛。现已发现40种天然沸石矿物，以方沸石、斜发沸石、丝光沸石等较为常见。现今利用较多的为Clinoptilolite、丝光沸石等。

天然沸石的内部一般是由硅氧四面体和铝氧四面体构成的，而由这些四面体再逐级地组成单元环、双元环、多元环为三维空间架状构造的结晶多面体，如图1所示。正是其独特的性质，使天然沸石拥有较强的吸附性能。

2、天然沸石的物化性能

天然沸石具有大量且规则的孔道孔穴结构，使其有很大的比表面积，通常这些孔道和孔穴被水填充，加热可去除水分子。正是因为这些性质，使其具备离子交换性和吸附性等独特的物理化学性能；除此以外，沸石还具有良好的热稳定性、导电性、可脱水性、多孔性等性能。

（1）吸附性能。天然沸石的大比表面积加上特殊的分子结构而形成的较大静电引力，使其具有很大的静电力场。当沸石结构中的水被去除掉后，其内部的孔穴和孔道就会“空缺”，由于沸石中的孔穴孔道的大小和形状不会变化，和普通的分子大小相当，因此沸石会对气体或者分子具有相当强的吸附力。沸石在色散力和静电力的共同作用下对H2O、NH3、CO2等极性分子有较高的亲和力，具有较高的吸附性能。工业上利用这些制成吸附剂或者干燥剂，用于吸附或分离某种气体和液体。

（2）离子交换性能。天然沸石中含有大量的Ca、Na、K等阳离子，这些离子可与其它离子进行可逆交换。交换后，可以使静电场发生变化，从而可以改变它的吸附性能，其程度随阳离子性质和交换度的不同而不同。阳离子的性质包括阳离子电荷的多少、与阳离子半径有关的各种特性等。

（3）催化性能。天然沸石拥有极大的表面积，在其结晶骨架和平衡离子上面的电荷布局密度较大。其中，在结晶骨架上出现了酸性物质，使其具有酸性性质，因此天然沸石是一种十分有效的固体催化剂。天然沸石所催化的很多反应都属于正碳离子型，其显著特点是对许多反应都有着催化活性。利用天然沸石作为载体，然后再加上具有催化性能的金属，就可以更好地体现其催化活性。

（4）其它性质。天然沸石除了具有上述几种性质以外，还具有极好的耐酸性和热稳定性。使用和再生时，沸石往往会受到高温和强酸甚至是高压的作用，所以沸石的耐高温和耐强酸性能非常好。