沸石分子篩是一族含堿或堿土金屬、具有連通孔道并呈架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽礦物，是天然分子篩（即Zeolite礦）與人工合成分子篩的總稱。其天然礦物由瑞典礦物學(xué)家?A.F.Cronstedt于1756年研究銅礦時發(fā)現(xiàn)， 從此便揭開了人類研究沸石的序幕。由于沸石礦具有大小固定且規(guī)整的孔道，且孔穴、孔徑分布窄，只允許小分子物質(zhì)進(jìn)入孔穴，從而使沸石具有分子篩的作用；再加上沸石分子篩具有陽離子交換、催化、耐酸耐熱等特性，因此可廣泛應(yīng)用于石油化工、水泥建材、有機(jī)合成、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域。

一、什么是沸石分子篩

?沸石分子篩的基本結(jié)構(gòu)單元是由共享頂點(diǎn)面而形成的TO4四面體骨架結(jié)構(gòu)（T代表Si或Al等元素），其化學(xué)通式：M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O。式中M代表K、Na、Ca、Sr、Ba等堿或堿土金屬元素，n為金屬離子化合價。以?Si（或Al）原子為四面體中心，采用sp3雜化與頂點(diǎn)處4個氧原子成鍵，相鄰四面體之間共用一個氧原子，并通過氧橋相互聯(lián)結(jié)；多個四面體首尾相連，即形成多元環(huán)的次級結(jié)構(gòu)單元（如六元環(huán)、八元環(huán)、十元環(huán)和十二元環(huán)等），連接的四面體越多，沸石分子篩孔徑越大。多個多元環(huán)再通過復(fù)雜的三維聯(lián)結(jié)，就形成了沸石分子篩中空的骨架結(jié)構(gòu)。由骨架結(jié)構(gòu)、骨架中相互連接的孔道體系及孔道中的陽離子和水分子差異不同形成了沸石分子篩系列礦物。

二、沸石分子篩的應(yīng)用

張海波研究了4A、5A 和 13X（有效孔徑分別為0.4、0.5、0.9 nm）3種合成沸石分子篩在一定實(shí)驗條件下對SO2（分子碰撞直徑 0.411 2 nm）的吸附穿透曲線。結(jié)果表明：當(dāng)沸石分子篩有效孔徑略大于吸附質(zhì)SO2的分子碰撞直徑時，吸附效果最好。 實(shí)驗以N2 為載體，在溫度為 80 ℃、氣體流量為 0.7 L/min、SO2 初始質(zhì)量濃度為 5.71 g/m3（體積分?jǐn)?shù)為 0.2%）的條件下，5A 沸石分子篩吸附效果最好， 此時穿透時間為 74 min、平衡吸附量為 97.1 mg/g；同樣條件，當(dāng)沸石分子篩有效孔徑過大（13X）時，吸附選擇性減 弱，對專項氣體吸附不利，穿透時間和平衡吸附量均減小； 對于有效孔徑小于分子碰撞直徑的 4A 分子篩，則基本沒有脫硫效果。沸石分子篩對氣體分子的吸附除與有效孔徑有關(guān)外，還與沸石的比表面積、孔容等有關(guān)。 智永婷通過對 4A、ZSM-3（38）、13X 等3 種沸石分子篩在以 N2 為載體、混合 11.04%（體積分?jǐn)?shù)）的 CO2、SO2 初始質(zhì)量濃度為 5.26 g/m3、混合氣流量為 285 mL/min條件下進(jìn)行了SO2吸附特性研究，，雖然 13X 沸石分子篩的有效孔徑比略大于 SO2 碰撞直徑（0.4112 nm）的 ZSM-3（38）分子篩有效孔徑大，對SO2的吸附選擇性相對較弱，但由于其比表面積和孔容均較大，因此對SO2 的綜合吸附效果最好。

沸石分子篩還可去除水體中磷、放射性物質(zhì)、酚及油類、脫色、降氟污染物。有研究者用沸石床模擬吸附滇池暴雨徑流中磷的實(shí)驗中，在前16 h磷的去除率均達(dá)到50%。阮芳研究了焙燒、酸/堿溶液處理等方式活化對沸石吸附甲基橙的效果，結(jié)果表明通過HCl處理后對甲基橙的脫色率達(dá)68.7%，是原沸石的3倍；進(jìn)一步負(fù)載TiO2，平衡吸附時間更長，達(dá)90 min，且再生性好。

沸石分子篩由于具有離子交換性、選擇吸附性、催化和耐酸耐熱性，且比表面積大，能有效去除大氣和水體污染中的有機(jī)/無機(jī)污染物， 并在土壤改良、水土保持、 垃圾滲濾液處理及核廢物處理中也得到廣泛研究與應(yīng)用，具有無二次環(huán)境污染的特點(diǎn)，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但天然沸石礦畢竟有限，因此采用人工合成的方法或與其他材料復(fù)合等制備出有效孔徑窄、選擇性更好的吸附劑是較好的途徑。采用新的改性方法，有效調(diào)控孔徑大小及吸附容量，針對應(yīng)用對象制備高效吸附材料，研究再生循環(huán)利用，降低材料消耗等也是研究的方向，?尤其通過調(diào)變沸石分子篩的孔徑大小，使其適用于吸附大氣中微小顆粒物用于治理大氣環(huán)境中嚴(yán)重危害人類健康的霧霾方面，?具有較大潛力。