1756年，瑞典礦物學家Cronsted發現了自然界中Zeolite的存在，但是直到五六十年代，以美國UCC公司為代表研究成功沸石晶體的水熱合成工藝之后，才開始廣泛利用這種礦物。目前，它已被廣泛的應用于日用化工、環境保護、石油加工等領域。本文對沸石的吸附性能和離子交換性及其在水處理中的應用研究作一詳細介紹。

沸石的結構和性能

1、沸石的結構特征

沸石的最基本構成單元是硅氧四面體(SiO4)和鋁氧四面體(AlO4)[2，3]在平面內表示為圖1，硅氧四面體通過共用所有氧而相互連結在一起(如圖2所示)。

沸石分子式一般可表示為M2?nO·Al2O3·XSiO2·YH2O，其中n為陽離子M的化合價。沸石的結構可分為3個部分：鋁硅酸鹽格架；格架中相互連接的孔隙(孔道或空穴);在孔道或空穴中的陽離子和水分子。沸石的這種特殊結構決定了其具有吸附性、擴散性、離子交換性和催化性等。因此，它是一種優良的吸附劑、離子交換劑和催化劑。

2、沸石的吸附性能

沸石不同于一般常用的固體吸附劑(如硅膠，活性碳等)，沸石有兩個顯著的特點：沸石的選擇性吸附和離效率吸附。

(1)選擇性吸附

在一般情況下，沸石的中心大空穴和孔道都充滿水分子，這些水分子圍繞可交換陽離子形成水化球，通常在350℃或400℃下加熱數小時或更長時間，沸石將失去水分。這時，有效直徑小到足以通過孔道的分子將易于被沸石吸附在脫水孔道和中心空穴中，而直徑過大無法進入孔道的分子將被排斥，這就是人們所熟知的“分子篩”的篩分能力。另外，分子篩對分子的極性大小具有選擇作用，極性越大可越容易被極化的物質，就越容易被吸附。

(2)高效吸附

沸石具有高效吸附性，特別是對水、氨、硫化氫、二氧化碳等分子具有很強的親合力。

3、沸石的離子交換性能

離子交換性能是沸石的另外一個重要性能。沸石的離子交換一般是在水溶液中進行的，其反應可用下式表示:

Na(Z)+M(S)=M(Z)+Na(S)

式中，Z表示沸石相，S表示溶液相，M(S)是溶液中取代沸石鈉離子(Na(Z))的交換離子。沸石的離子交換性能，主要與沸石結構中的硅鋁比的高低、沸石孔穴的大小、陽離子位置以及陽離子的性質有關。沸石中陽離子是由于沸石中部分硅被鋁置換后產生不平衡電荷而進入的，因此硅鋁比高，則鋁氧四面體所形成的負電荷少，格架電荷亦低，為平衡這些電荷而進入沸石中的陽離子也少，因此影響離子交換。沸石孔穴小，影響構型大的離子進行交換。對于不同的陽離子位置和不同的陽離子性質，離子交換能力也不一樣。

常見的天然沸石，Clinoptilolite和絲光沸石等都具有很高的陽離子交換容量。斜發沸石的理論交換容量為0.213mol/100g，絲光沸石的理論交換容量為0.223mol/100g。通過交換，改進了沸石的吸附和催化性能，從而得到了更廣泛的應用。