沸石是具有微孔孔的鋁硅酸鹽礦物，在工業中廣泛用作吸附劑和催化劑。瑞典礦物學家Axel?Fredrik?Cronstedt于1756年創造了沸石一詞，因為他發現快速加熱一種假定為輝沸石的材料會從材料吸附的水中產生大量蒸汽。本文將研究沸石化學、沸石用途、沸石性質和沸石類型。

沸石化學結構

所有沸石配方均由硅鋁酸鹽基質組成，硅鋁酸鹽基質具有四面體排列的硅(Si4+)和鋁(Al3+)陽離子，被四個氧陰離子(O2-)包圍。Si-O和Al-O鍵中的每個氧離子結合兩個陽離子并由兩個四面體共享，從而形成SiO2和AlO2四面體結構單元的大分子三維結構。這種原子排列中的每個四面體都有四個圍繞Si或Al陽離子的O原子，從而產生硅酸鹽四面體的三維結構，Si:O比為1:2。

沸石結構

沸石礦物是一種晶體材料，其結構由連接的四面體組成，每個四面體都包含四個圍繞一個陽離子的O原子。在這個系統中可以找到通道和籠子形式的開放空腔。這些通常被H2O分子和通常可交換的骨架外陽離子占據。客體生物可以通過通道移動，因為它們足夠寬。脫水發生在水合相中，溫度主要低于400°C，并且基本上是可逆的。(OH,F)基團將通過占據不與相鄰四面體共享的四面體頂點來破壞結構。

沸石性質

沸石具有允許多種陽離子通過的多孔結構，包括Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。在接觸溶液中，這些正離子被松散地保持，可以很容易地與其他離子交換。方沸石、菱沸石、斜發沸石、heulandite、natrolite、phillipsite和stilbite是一些更常見的沸石類型（沸石礦物）。鈉沸石的分子式是Na2Al2Si3O102H2O，它是沸石礦物的一個例子。這些陽離子交換沸石具有不同的酸度并催化多種酸催化反應。

沸石是“分子篩”類微孔固體的硅鋁酸鹽成員，其主要由硅、鋁、氧和金屬如鈦、錫和鋅組成。“分子篩”一詞是指這些材料的一種特性，它允許它們使用尺寸排除程序選擇性地對分子進行分類。這是由于非常規則的分子級孔結構。通道的測量指定了可以穿透沸石孔隙的分子或離子物質的最大尺寸。這些通常由孔徑的環尺寸定義，例如，術語“八環”指的是由八個四面體配位的硅（或鋁）原子和八個氧原子組成的閉環。由于許多因素，例如由單元鍵合引起的應變或一些環的氧原子與結構內的陽離子配位，這些環并不總是完全對稱的。結果，許多沸石的孔不是圓柱形的。

沸石用途

由于其多功能性和適應性，沸石多年來引起了研究人員和科學家的極大興趣。自1756年發現沸石以來，人們已發現它們是強吸附劑、離子交換劑和分子篩。特別是沸石的分子篩性能在工業上得到廣泛應用。

工業廢水處理：對高質量飲用水的需求不斷增長，因此需要對各種來源的水進行凈化，包括自然、商業、農業和市政廢水。因此，使用天然沸石作為去除廢水污染物的試劑引起了很多興趣，并引發了大量研究。

工業：沸石與其他介孔材料（如MCM-41）一樣，通常用作石油化工行業的催化劑，如流化催化裂化和加氫裂化。分子被沸石限制在狹小的空間內，導致結構和反應性變化。酸性沸石也是強固態固體酸，可進行多種酸催化反應，包括異構化、烷基化和裂化。

沸石也用作吸附劑和催化劑。由于其明確的孔結構和可調節的酸度，它們在廣泛的反應中具有高度活性。

沸石具有精確和特定氣體分離的能力，例如從低品位天然氣流中去除水、二氧化碳和二氧化硫。惰性氣體、N2、O2、氟利昂和甲醛是其他分離的例子。

沸石可用于熱化學儲存從太陽能集熱器收集的太陽能熱，以及用于吸附制冷。在這些應用中使用了它們的高吸附熱和水合和脫水能力，同時保持結構完整性。天然沸石可用于提取廢熱和太陽能熱能，因為它們的吸濕性和從脫水狀態轉變為水合狀態時的固有放熱（能量釋放）反應。在低溫吸附真空泵中，沸石用作分子篩。

在溫拌瀝青混凝土的制造中，沸石用作添加劑。它們通過降低瀝青混凝土制造和鋪設過程中的溫度來提供幫助，從而減少化石燃料的消耗，從而減少釋放的二氧化碳、氣溶膠和蒸汽。熱混合瀝青中的沸石使壓實更簡單，并且在一定程度上允許寒冷天氣攤鋪和更長的運輸。