沸石是沸石族礦物的總稱，是一種架狀的含水鋁硅酸鹽礦物，常見的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、毛沸石和片沸石等，具有獨(dú)特的離子交換性、離子交換性、催化性、熱穩(wěn)定性和耐酸性等，廣泛應(yīng)用于建材、環(huán)保、離子交換、催化裂化、日用輕工、石油化工、農(nóng)牧業(yè)、造紙和塑料等領(lǐng)域。
1、沸石的物理化學(xué)性能
?。?）選擇性吸附性
沸石的孔道結(jié)構(gòu)使其具有很大的內(nèi)表面積，脫水后因孔道結(jié)構(gòu)的連通和空曠而具有更大的內(nèi)表面積。巨大的內(nèi)表面積形成了沸石高效的吸附性能。
選擇性吸附與分子篩效應(yīng)是沸石吸附性能的一個(gè)重要特征。沸石中的孔道和孔穴一般大于晶體總體積的50%，且大小均勻，有固定尺寸，有規(guī)則的形狀，一般孔穴直徑為0.66-1.5nm，孔道為0.3-1.0nm。顯然，直徑小于沸石孔穴的分子可進(jìn)入孔穴，而大于孔穴的分子則被拒之孔外，因而沸石具有被稱之為分子篩效應(yīng)的篩選分子作用。
另外，被吸附分子的性質(zhì)也對(duì)沸石的吸附行為產(chǎn)生重要影響，沸石對(duì)H2O、NH3、H2S、CO2等極性分子具有很強(qiáng)的親和力，吸附作用很強(qiáng)，并且濕度、溫度和濃度等條件對(duì)其影響很小。
沸石的硅鋁比因直接影響沸石晶體內(nèi)部的靜電場(chǎng)，而影響吸附力的強(qiáng)弱。硅鋁比值越大，吸附力就越弱。
（2）離子交換性
沸石的離子交換性源于因平衡沸石結(jié)構(gòu)中Al3+替代Si4+后引起的電價(jià)不平衡而存在于沸石孔道中的可交換性陽(yáng)離子，如K+、Na+和Ca2+等。
沸石的離子交換表現(xiàn)出明顯的選擇性，例如方沸石中的Na+易被Ag+、Ti、Pb等交換，而被NH4+交換的量較低。
（3）催化性能
沸石具有很高的催化活性，且耐高溫、耐酸，有抗中毒的性能，是優(yōu)良的催化劑及其載體。沸石呈現(xiàn)催化性質(zhì)的機(jī)理主要是由其晶體結(jié)構(gòu)中的酸性位置、孔穴大小及其陽(yáng)離子交換性能所決定的。
沸石催化的許多反應(yīng)屬于正碳離子型，經(jīng)過正碳離子中間體發(fā)生反應(yīng)。沸石對(duì)一些游離基反應(yīng)、氧化-還原反應(yīng)也有相當(dāng)?shù)拇呋钚浴?br />
天然沸石一般不能作催化劑，只有采用離子交換法改性為H型沸石后，才能用做催化劑。天然沸石可以作為載體，承載具有催化活性的金屬（如Bi、Sb、Ag、Cu及稀土等），通過金屬作用表現(xiàn)出良好的催化性能。
?。?）穩(wěn)定性
沸石的耐熱穩(wěn)定性主要取決于其中Si+Al與平衡陽(yáng)離子的比例，在其組成變化范圍內(nèi)，一般Si含量越高，熱穩(wěn)定性越好。
天然沸石具有良好的耐酸性能，在低于100℃下與強(qiáng)酸作用2h，其晶格基本不受破壞，絲光沸石在王水中也能保持穩(wěn)定。因此天然沸石常用酸處理方法進(jìn)行活化、再生利用和其他目的的利用。
沸石的耐堿性遠(yuǎn)不如耐酸性好，這是由于沸石晶體格架中存在酸性位置所造成的。當(dāng)將其置于低濃度強(qiáng)堿性介質(zhì)中，沸石結(jié)構(gòu)即遭破壞。
2、沸石的應(yīng)用領(lǐng)域
?。?）農(nóng)牧業(yè)
利用沸石的離子交換性和吸附性，將其摻入土壤中，可明顯提高土壤的離子交換性能和吸附性能，從而達(dá)到保肥、保水和改良土壤的效果。
據(jù)介紹，日本許多地區(qū)皆在農(nóng)田中施加沸石粉來中和酸性火山質(zhì)土壤，施用沸石粉后，水稻、小麥可增產(chǎn)5%-10%。我國(guó)浙江省施用450-900μm沸石粉，水稻增產(chǎn)10%-20%。沸石還用做飼料的添加劑和飼養(yǎng)場(chǎng)除臭用吸附劑等。
?。?）建材
沸石在建材方面主要在水泥中作活性混合料和在混凝土中作摻和料，起到降低水泥用量，發(fā)揮和改善各種功能的作用。
沸石作為水泥混合料主要是因沸石中含可溶性的活性鋁成分，而具有火山灰活性的原因。因此可在不影響水泥性能的前提下，部分代替膠凝材料。
利用沸石的火山灰活性特點(diǎn)，在混凝土，特別是高性能混凝土中作摻和料使用，沸石可與水泥水化后形成的副產(chǎn)物Ca（OH）2（無硬化強(qiáng)度）發(fā)生反應(yīng)生成具有硬化強(qiáng)度的物質(zhì)，從而提高混凝土的強(qiáng)度。
沸石在混凝土中作摻和料，還有獨(dú)特的意義和作用，由于沸石的離子交換性，它可吸納混凝土體系中水泥和其他組分帶入的Na+和K+，從而消除或降低了Na+和K+與具有活性SiO2組分的集料發(fā)生的堿集料反應(yīng)，提高混凝土的耐久性和使用安全性。
天然沸石在110℃時(shí)具有很好的發(fā)泡性，因此它還是生產(chǎn)輕骨料混凝土及其他輕質(zhì)建材的原料。
?。?）石油和化工
沸石可用做催化劑及其載體，以沸石為基本原料的催化劑應(yīng)用非常廣泛，主要領(lǐng)域?yàn)椋?br />
用做石油煉制過程中的裂化催化、液壓催化和氫化裂化；
用做石油化工中的異構(gòu)化、重整、烷基化、歧化和轉(zhuǎn)烷基化等；
在環(huán)保工業(yè)中用斜發(fā)沸石作催化劑可使環(huán)乙醇異構(gòu)化為羧甲基戊烷；
在H2S氣氛中使碳?xì)浠衔锛託涿撓灥?br />
用IIB族金屬離子（鋅等）交換處理的毛沸石作催化劑，可使石油脫硫并提高辛烷值；
用HCl處理的絲光沸石作催化劑，可促進(jìn)正丁烷的異構(gòu)化；
用NH4+交換后的絲光沸石對(duì)異丙苯有較高的分解活性；
H型絲光沸石可直接用作高分子單體的聚合劑。
另外，沸石可作干燥劑、吸附劑和氣體分離劑用于石化領(lǐng)域，如：
用天然沸石制成的干燥劑和吸附劑可選擇性吸收HCl、H2S、Cl2、CO、CO2及氯甲烷等氣體，可分離天然氣中的H2O、CO2和SO2等，提高天然氣質(zhì)量，可分離空氣中的O2、N2，制取富氧氣體和氮?dú)?，也可除掉其他有用氣體中的痕量N2。
利用沸石的吸附性能，還可回收合成氨廠廢氣中的氨；吸附硫酸廠廢氣中的H2S等。
利用沸石的離子交換性，以Na+和K+離子置換法可從海水中提取鉀。其中斜發(fā)沸石對(duì)鉀有特殊的選擇交換性能，用飽和NaCl溶液在100℃下將斜發(fā)沸石改型成Na型沸石，其離子交換容量可進(jìn)一步提高，從而改善提鉀效果。
（4）水處理
廢水中含Hg2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cr3+、As3+等重金屬陽(yáng)離子和有機(jī)污染物，斜發(fā)沸石、絲光沸石因?qū)@些雜質(zhì)具有強(qiáng)烈吸附作用而用做其凈化材料，沸石還可凈化廢水中的NH3-N，H2PO42-、HPO42-、PO43-等以及污水中的氨態(tài)氮NH3-N等有害雜質(zhì)。沸石的離子交換作用還被用來從工業(yè)廢水中回收某些金屬。
沸石還可在改善水質(zhì)方面加以應(yīng)用。天然沸石可吸附硬水中的陽(yáng)離子，使水軟化。如西沙群島的飲用水即是以當(dāng)?shù)睾惺幕鹕浇堑[巖處理后，排除了較多的有機(jī)質(zhì)，降低了礦化度，減少了氨離子和硝酸根，而成為標(biāo)準(zhǔn)飲用水的；斜發(fā)沸石作離子交換吸附劑，經(jīng)硫酸鋁鉀再生系列處理，可降低高氟水中的氟含量，并使之達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)；另外，用銀交換的沸石可以淡化海水。
?。?）空氣凈化材料
沸石作為具有微孔孔道和空隙結(jié)構(gòu)，并具有離子交換性和吸附選擇性的多孔礦物材料，可成為納米尺度單元物質(zhì)在一維、二維和三維空間排列并生成組裝材料的媒介。復(fù)合納米單元物質(zhì)性質(zhì)和沸石孔道特性的沸石納米孔-金屬離子及簇團(tuán)組裝材料為其在凈化室內(nèi)空氣方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。
以沸石為載體，通過孔道吸附作用活化、抗菌組分在納米孔道中組裝并穩(wěn)定固化等技術(shù)制備的具有無機(jī)抗菌和快速吸附除味功能的無機(jī)抗菌型除味劑可成為居室、衛(wèi)生間、汽車內(nèi)室和電冰箱等局部環(huán)境空氣的凈化產(chǎn)品。
?。?）環(huán)境污染治理
沸石是具有孔道結(jié)構(gòu)和含水架狀硅鋁多孔礦物，因有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，使之具有分子篩分、離子交換、吸附和催化等功能，因而在污水處理、土壤修復(fù)、大氣污染治理、汽車尾氣處理等眾多環(huán)境領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，上一期推文已講到，在此不再贅述（）。
（7）造紙領(lǐng)域
沸石族礦物特有的結(jié)構(gòu)特性賦予的高孔隙度、吸附性、離子交換性、特殊光澤性（玻璃光澤、絲絹光澤、珍珠光澤）等，可用于造紙?zhí)盍?、特種涂料顏料和水處理劑。
?。?）沸石類止血?jiǎng)?br />
沸石是從自然界中發(fā)現(xiàn)的多孔晶狀鋁硅酸鹽礦物，能夠吸收大量的水，與周圍的溶液進(jìn)行離子交換，具有長(zhǎng)期的物理和化學(xué)穩(wěn)定性而沒有生物毒性，這使得沸石成為制備止血?jiǎng)┑睦硐氩牧?。獲得FDA批準(zhǔn)上市的沸石類止血?jiǎng)┲饕忻绹?guó)Ｚ型藥物公司的QC、ACS、ACS等。
?。?）核廢料處理
沸石還可用于核廢料處理。如斜發(fā)沸石和絲光沸石具有耐輻射功能，且對(duì)Cs、Sr有高的選擇性交換能力，因而可用以除去核廢物中半衰期較長(zhǎng)的Cs、Sr，并通過熔化沸石將放射性物質(zhì)長(zhǎng)久固定在沸石晶格內(nèi)，從而控制放射性污染。
?。?0）其他應(yīng)用
沸石作填料用于造紙、塑料、橡膠工業(yè)；還可用于制造新型氣相防銹劑、紅外輻射材料；還可用做熱能貯藏，太陽(yáng)能制冷等；綠光沸石可作食用油吸附劑清除雜質(zhì)；美國(guó)研制細(xì)粒沸石已用于殺蟲劑載體、液態(tài)肥料懸浮劑和抗肥料結(jié)塊劑等；鉛沸石可用于生產(chǎn)鉛-酸電池電極等。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，預(yù)計(jì)未來沸石將能在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療保健、土壤修復(fù)、國(guó)防電子、水處理等領(lǐng)域具有更大的高值化利用前景。
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