实验室数据表明:Zeolite的过滤和吸收能力优于传统的过滤介质,包括沙子和无烟煤。这归因于沸石的表面积,它比许多其他颗粒材料大七到八倍。
沸石一词最初是由瑞典矿物学家 Axel Fredrik Cronstedt 于 1756 年创造的,他观察到这种被认为是辉石的材料被快速加热会从被材料吸收的水中产生大量蒸汽。基于此,他将这种材料命名为沸石,源自希腊语 ζέω (zéō),意为“沸腾”和 λίθος (líthos),意为“石头”。
天然沸石是具有相对开放的三维晶体结构的固体,由铝、氧和硅元素构成,碱金属或碱土金属(如钠、钾和镁)加上水分子被困在它们之间的空隙中。
沸石最有趣的地方在于它们开放的笼状“框架”结构,以及它可以将其他分子困在其中的方式。这就是水分子和碱金属或碱土金属离子(带正电的原子,电子太少,有时称为阳离子)如何成为沸石晶体的一部分——尽管它们不一定永久保留在那里。沸石可以将其他带正电的离子与最初捕获在其中的金属离子交换(技术上称为阳离子交换),并且正如 Cronstedt 在 250 多年前发现的那样,它们也可以很容易地获得或失去水分子(这称为可逆的脱水)。沸石中有固定大小的规则开口,可以让小分子直接通过但捕获较大的分子;这就是为什么他们’ 有时也称为分子筛。与以随机形式和混合尺寸出现的天然沸石不同,合成沸石以非常精确和均匀的尺寸(通常从约 1μm 到 1mm)制造以适应特定应用;换句话说,它们被制成一定的尺寸以将一定(较小)尺寸的分子困在其中。
天然沸石可以通过加热和化学改性(酸、碱和无机盐)等单一或组合处理进行改性。沸石的化学和热处理可能导致阳离子迁移,从而影响阳离子位置和孔隙开口。“孔隙工程”是一个流行的术语,用于描述沸石改性中使用的方法,其中一些吸附剂特性受到操纵。沸石/溶液接触中的离子交换和吸附过程同时发生。
根据所用的固体样品和温度,在高温下进行热处理可以通过从孔道中去除水分子和有机物来增加孔隙体积。存在于沸石骨架笼和通道中的水占沸石总质量的 10 – 25%。为了能够在水处理中有效使用沸石,重要的是要了解特定沸石材料的脱水性能和结构稳定性。