沸石的成分和结构

Zeolite的矿物组成，除含沸石矿物（如斜发沸石、丝光沸石、菱沸石等其它种类沸石）外，伴生的矿物还有石英、玉髓、蛋白石、方英石、蒙脱石、高岭石、长石、云母、绿泥石等矿物以及晶屑、玻屑和岩屑等。

所有的沸石都可用以下通式表示：

M_n/2O·Al₂O₃·xSiO₂·yH₂O

式中M为碱或碱土金属，称为沸石中的阳离子，n为其电价，x为硅铝比。用金属的盐溶液处理沸石时，沸石中的阳离子可与溶液中的阳离子互相交换，这是沸石的重要特性。

各种沸石之间的差别在于它们的骨架结构。“骨架”一词是指由氧、硅和铝三种原子构成的三维空间结构，不包括阳离子和水。沸石骨架结构中的基本单元是由4个氧原于和一个硅或铝原子堆砌而成的四面体，如图1所示。在这个单元中，氧原子半径为1.31Å，硅或铝原子比氧原于小得多，处在氧原子与氧原于的空隙中。所以氧原子的堆积方式是沸石骨架结构的决定因素。

（○氧；●硅或铝）

图1骨架结构的基本单元

Fig. 1The basic unit of framework structure

沸石中由四面体连结而成的次生结构单元有四元环、五元环、六元环、…、十二元环，以及双四元环和双六元环等。

四面体相连接时有两条原则；

① 四面体之间只能共顶点，而不能共棱或共面；

② 含铝的四面体只能与含硅的四面体相连接，而不能与含铝的四面体相连接。

下图2为4个四面体连接成四元环的例子。4个四面体的棱面围成一个正方形，中间是空的，所以称为“环”。

图 2  沸石中的四元环

Fig. 2  Four-membered ring in zeolite