無機非金屬礦物加工沸石

沸石指導老師：講解：出品人：沸石組圖欣賞沸石制品組圖欣賞沸石的發(fā)現(xiàn)沸石

最早發(fā)現(xiàn)于1756年。瑞典的礦物學家克朗斯提（Cronstedt）發(fā)現(xiàn)有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時會產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，因此命名為“沸石”（瑞典文zeolit）。此后，人們對沸石的研究不斷深入。1932年，McBain提出了“分子篩”的概念。在希臘文中意為“沸騰”（zeo）的“石頭”（lithos）“分子篩”表示可以在分子水平上篩分物質(zhì)的多孔材料沸石的分類常見的沸石分為以下幾類：沸石按生成和獲取方式按成因天然沸石人工合成沸石內(nèi)生沸石外生沸石以沉積型沸石礦床為主要礦床沸石的種類目前發(fā)現(xiàn)的天然沸石有43種：

鈉沸石、斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、毛沸石、方沸石、片沸石等人工合成的沸石有125種：P型沸石（LGZ-1型沸石）、H型沸石、Na型沸石、Cu型沸石、Ca型沸石、以及八面沸石、人工合成A型沸石、X型沸石、和Y型沸石等沸石的結(jié)構(gòu)沸石有很多種，它們的共同特點就是有架裝結(jié)構(gòu)，分子中間形成很多空腔。這些空腔里還存在很多水分子，在遇到高溫時會排出來，比如用火焰去燒時，大多數(shù)沸石便會膨脹發(fā)泡，像是沸騰一般。不同的沸石具有不同的形態(tài)，如方沸石和菱沸石一般為軸狀晶體，片沸石和輝沸石則呈板狀，絲光沸石又成了針狀或纖維狀等等。各種沸石如果內(nèi)部純凈的話，它們應(yīng)該是無色或白色，但是如果內(nèi)部混入了其他雜質(zhì)，便會顯出各種淺淺的顏色來。沸石還具有玻璃樣的光澤。我們知道沸石中的水分可以跑出來，但這并不會破壞沸石內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)。因此，它還可以再重新吸收水或其他液體。沸石的結(jié)構(gòu)沸石的性質(zhì)沸石的工藝特性：離子交換性選擇吸附性催化性熱穩(wěn)定性耐酸性無機抗菌性沸石的性質(zhì)沸石的離子交換性：

離子交換性是沸石巖重要性質(zhì)之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結(jié)合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽離子發(fā)生交換作用，交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞。

據(jù)國內(nèi)外某些文獻報道，斜發(fā)沸石和絲光沸石對陽離子的選擇性交換順序為：①堿金屬交換序列為Cs>Rb>NH

>K>Na>Li②堿土金屬交換序列為Ba>Sr>Ca>Mg沸石的性質(zhì)增強沸石離子交換性的方法：1、超細粉碎粒度的大小直接影響天然沸石的離子交換效果。針對不同粒級沸石超細粉體適用于不同的使用目的，為研究沸石超細粉體的最佳加工粒度提供了理論依據(jù)。沸石的性質(zhì)增強沸石離子交換性的方法：2、改性法

在相當長的時間里，在自然界中沸石礦物僅發(fā)現(xiàn)在巖石的孔洞或裂隙中，數(shù)量有限。為彌補不足，人們就已經(jīng)開始研究利用離子交換等技術(shù)來改變沸石性質(zhì)。【實例】用無機酸或有機酸處理沸石分子篩，使其骨架脫鋁，可使用的酸有鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸（H4EDTA）等。根據(jù)沸石分子篩耐酸性的差異，采用不同濃度的酸進行骨架脫鋁。對于耐酸性好的高硅沸石多用鹽酸漂法，以抽走骨架中的鋁，結(jié)構(gòu)仍保持完好。在骨架鋁脫出的同時，孔道中非晶態(tài)物質(zhì)也被溶解，這樣減少了孔道阻力。對于耐酸性差的分子篩。但鋁含量太低時，沸石分子篩的晶體結(jié)構(gòu)會遭到完全破壞。沸石的性質(zhì)沸石改性的方法水溶液中離子交換改性水蒸汽處理的方法固態(tài)離子交換改性加熱焙燒改性載體改性高溫氣相同晶取代的方法有機配位反應(yīng)法沸石的性質(zhì)沸石的選擇吸附性：

天然沸石是一種含水架狀結(jié)構(gòu)硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，其吸附原理如下：1、沸石的“分子篩”作用

沸石晶格內(nèi)部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴和通道的體積有的可占沸石晶體體積50%以上，這些空穴和通道在一定物理化學條件下具有精確而固定的直徑（3—10A）。各種不同的沸石其直徑也不同，小于這個直徑的物質(zhì)能夠被其吸附，而大于這個直徑的物質(zhì)則被排除在外，這種現(xiàn)象被稱為“分子篩”作用。沸石的性質(zhì)2、沸石的靜電作用

沸石具有較大的靜電吸引力，在它的鋁硅酸鹽格架上的電荷即陽離子晶格上的負電與平衡陽離子正電的電荷中心在空間上是不重疊的，所以在其孔穴中有很大的靜電吸引力，因而使沸石對極性物質(zhì)具有優(yōu)先選擇吸附作用。3、沸石的色散力作用

沸石具有很大的比表面積（達500-800平米/克）因而能產(chǎn)生較大色散力，可用做出色的吸附劑，對于主要由擴散力起作用的吸附過程，在大多數(shù)情況下，特別是在低分壓范圍內(nèi)，沸石的吸附容量很大，高于其它許多吸附劑，但在高分壓范圍內(nèi)，沸石的吸附容量往往很小。

沸石的性質(zhì)沸石的選擇吸附性的實際應(yīng)用：

沸石的性質(zhì)沸石的催化性：

沸石呈現(xiàn)催化性質(zhì)的機理主要是由其晶體結(jié)構(gòu)中的酸性位置、孔穴大小以及其陽離子交換性能所決定的。沸石中的Si被A1置換，使格架中的部分氧呈現(xiàn)負電荷。為中和[AlO

]四面體所出現(xiàn)的負電荷而進入沸石中的陽離子，由此形成了沸石局部高電場和格架中酸性位置的產(chǎn)生；格架中的Si、Al、O和格架外的金屬離子一起構(gòu)成催化活性中心。這些金屬離子處于高度分散狀態(tài)，因而沸石的活性和抗中毒性能優(yōu)于一般金屬催化劑、許多具有催化活性的金屬離子(如Cu、Ni、Ag等)，可以通過離子文換進入沸石孔穴，隨反應(yīng)還原為金屬元素狀態(tài)或轉(zhuǎn)化為化合物。

由于沸石的催化活性位置都在晶體內(nèi)部，反應(yīng)物分子只有擴散到晶體內(nèi)的孔穴中才能發(fā)生反應(yīng)，生成物也要經(jīng)過孔穴才能擴散出來。因此，沸石的孔徑大小和連接方式直接影響其催化性能；沸石晶格中相互連通的孔道和孔穴為反應(yīng)分子自由擴散提供了條件．尤其是具有三維孔道的沸石，如且雙6元環(huán)(D6R)．有三維交叉孔道的X型和Y型沸石更有利于反應(yīng)物的自由出入，因而在石油化工方面常用做催化劑。沸石的性質(zhì)沸石的催化性：

天然沸石一般不能作催化劑，只有采用離子交換法改件為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。沸石的催化性應(yīng)用實例：1、載銀二氧化鈦沸石催化劑二氧化鈦在環(huán)保領(lǐng)域已成為一種重要的光催化物，然而在此應(yīng)用過程中也存在一些明顯的缺陷。提高光催化活性的一個有效辦法就是在其表面沉積銀等重金屬，沉積在二氧化鈦表面的銀能夠接收在二氧化鈦反應(yīng)過程中受紫外光照激發(fā)產(chǎn)生的導帶電子從而阻礙了導帶電子與價帶空穴的復合有利于空穴電子對的分離，同時也加速了反應(yīng)中間過程氧化活性物質(zhì)的光照激發(fā)生成。因此將二氧化鈦光催化劑固定在多孔載體如沸石上已成為目前二氧化鈦光催化研究的熱點沸石的命性質(zhì)沸石的催化性應(yīng)用實巧例：2.ZSM-濱5沸石催化焦浴化苯與乙醇烷基礙化合成乙苯沸石分咐子篩上翁采用廉鄙價的焦賴化苯與禿乙醇直飯接烷基杠化制乙博苯的技今術(shù)路線機具有開發(fā)意義和應(yīng)用價爸值。沸石分盒子篩的嫩酸性質(zhì)爪(酸種級類、酸祥量、酸輸強度及付其分布必等)支覆配著烷顧基化反霉應(yīng)催化聞劑的催啞化性能套，因此慰研究沸億石分子煎篩的酸性質(zhì)與催化性能的關(guān)系育有重要榜的意義駐。高硅鋁比罵的沸石分科子篩有利雄于乙苯的選擇性和催化鐵劑的穩(wěn)定性ZSM屬-5沸管石具有莊良好的脫硫性絞能，焦化苯累與乙醇烷墊基化反應(yīng)尸可以合成逆含硫量較己低的乙苯茂。沸石的蠅性質(zhì)沸石的熱穩(wěn)定性：沸石的逆耐熱穩(wěn)渣定性主慌要取決油于其中Si+Al與平衡陽離神子的比例，走在其組成規(guī)交化范圍階內(nèi)，一般Si含窩量越高銷，熱穩(wěn)戚定性越騾好。沸石的平荷衡陽離子寄對熱穩(wěn)定心性也有明批顯影響．針如富Ca踢的斜發(fā)沸視石在50擱0攝氏度禽以下即發(fā)創(chuàng)生分解；模而當共用糖K離子交慣換處理后鼻，升溫至群800攝晃氏度仍個獅會破壞。天然沸石辨的陽離子組成是可剪變的，因而側(cè)具分解店溫度不佛是一個滾確定值悟。如菱淺沸石的冊分解溫廟度是6做00—模865射攝氏度虛，鈣十稻字沸石銅為26坊0~4早00攝鋸氏度，蝕濁沸石獎則為3冠45~央800摩攝氏度話。沸石的性涉質(zhì)沸石的耐酸性:天然沸石膊具有良好的耐畢酸性能，在低于100攝氏域度下與強酸作用2h顯，其晶格門基本不受財破壞，絲珠光沸石在返王水中也含能保持穩(wěn)您定。因此攻天然沸石研常用酸處舒理方法進料行活化、再生種利用和辛其他目的的利屆用。沸石的謠耐堿性烏遠不如服耐酸性駁好，這仗是由于筍沸石晶蛇體格架陡中存在宵酸性位竟置所造件成的。僑當將其供置于低濃度強界堿性介質(zhì)中裳，沸石雜結(jié)構(gòu)即路遭破壞白。沸石的性唐質(zhì)沸石的首無機抗貢菌性：通過物理吸奶附或離子交懇換等方法，嗎將銀、銅欲、鋅等抗菌盡活性金炸屬離子覺交換到肯沸石上淋制備成沸石抗作菌劑。沸石抗充菌劑的發(fā)展胃始于1稈984鑼年，日笑本品川仍燃料公懂司首次蠅成功開嚇發(fā)載銀恰沸石抗梨菌劑，招商品化線后獲得秧了廣泛種地應(yīng)用陜。沸石抗菌鮮劑是目前最常用的抗菌供劑之一謊，具有含抗菌高效、膊廣譜、藥持久、極可加工暫性好、生安全穩(wěn)筐定的特點席，國內(nèi)戶外對沸紹石抗菌皮劑的研繭究重點從主要在原料的改瞎性、沸石抗哥菌劑的抗孝菌機理、猴持久性、種變色抑制低性、結(jié)構(gòu)潛化等方面型。沸石的且改性工耳藝抗菌性原搬料改性：1、酸處理譯改性天然沸斗石酸處貴理改性貓是將沸革石粉碎到一定謎的粒度復，然后些置于無旦機酸溶郵液中浸漬處理一治定時間厘，干燥成改性沸論石。采用無機禿酸處理沸稻石的目的朽主要有：謹①清除沸石孔穴盯和孔道的授Si02湊、Fe2席03、有藏機物質(zhì)等雜質(zhì)，從而正使孔穴她和孔道暴得到疏記通；②塵半徑小滲的H離率子置換半徑大槳的Ca司、Mg有等陽離裝子，使窩孔道的教有效空酷間拓寬雅；③增加吸榨附活性艙中心。用稀硫奴酸處理天霉然沸石，麻改性處理徑后的沸石映樣品的吸比附性能有債明顯的改嘉變；采用羅鹽酸活化技的方法，生改變天然討沸石的孔改結(jié)構(gòu)，大謀幅度提高虜天然沸石撤的吸附能芝力。用酸外洗、熱處場理制備出族的沸石抗護菌劑抗菌拜性能良好帶。經(jīng)過酸匠處理改性信的沸石，笛內(nèi)部孔道罰得到了疏朱通，離子鍬交換能力邊和離子交隸換容量均采得到了提近高。沸石的混改性工三藝2、鹽處理儲改性鹽處理通腫常采用鈉止離子、氨曉離子等與紙沸石進行禽離子交換扮，使其中情的Na離誼子、銨根棟離子置換沸石中的箱Ca離子酬、Mg離吧子等。浸喪泡將斜發(fā)輪沸石改性炊為鈉型和銀銨型沸石惡，用不同蜘的氯化物宵溶液對沸掘石淋洗改氣性，得到坊不同的改黑性沸石，鉆改性沸石房誠吸附率均表比天然沸嚷石高。經(jīng)圾鹽處理改毫性后的沸戴石提高了抓離子交換誼性能。3、堿處理改異性沸石的洞堿溶液灶處理改朵性可以爬選擇性搶地脫除犯沸石中也的硅，降低渴沸石的硅鋁比，改變跨與沸石臺硅鋁比初相關(guān)的砌性能。室沸石經(jīng)板堿溶液斷處理后改介孔的上形成，中堿處理樸抽提沸穿石骨架跟上的硅葡，使處挨理后樣吵品硅鋁項比發(fā)生焰變化，領(lǐng)從而改切變了X裙型沸石滋的性能客。用濃氨水債浸泡天然濁沸石二次薦交換后制把備出沸石長抗菌劑，捉抗菌性能坦良好。沸石的堿吩處理改性聾方法增加了對梨沸石后處寫理過程操譯作的靈活性和可控性。沸石的剃改性工闊藝4、熱處理改臺性熱處理溫窩度一般是儲控制在350魚～58稼0攝氏貼度之間，寇焙燒時照間為9飽0或1響20m奴in。殃焙燒的抓目的是設(shè)清除沸蔬石孔穴修和孔道原的有機儉物等。當熱處方理溫度低于4姑00攝首氏度（2小厚時），身斜發(fā)沸仗石的結(jié)雄構(gòu)未遭繳破壞，屋當溫度逐高于6妄00攝受氏度時防，其結(jié)注構(gòu)開始爸破壞；經(jīng)10穩(wěn)00攝環(huán)氏度煅燒后，討結(jié)構(gòu)完全蛋破壞。當煅燒質(zhì)溫度低于40作0攝氏度時，熱江處理有撞利于斜似發(fā)沸石殼交換C角u離子迷；載C各u離子變量隨溫蔬度的提意高有所離增加，稀且經(jīng)400旺攝氏度煅燒后肚的斜發(fā)芹沸石載察Cu離祝子量最尺大；但當煅島燒溫度雄高于600險攝氏度時，載C鏡u離子量茄則隨溫度巖的提高而課下降，即賞高溫熱處慎理不利于批斜發(fā)沸石雄交換Cu躍離子。熱泄處理改性鮮在不破壞凈沸石結(jié)構(gòu)玻的基礎(chǔ)上帥，可以提嚴高沸石活頑性，增加付其離子吸吧附性能。。沸石的改傅性工藝5、骨架改性。通過改餃變沸石骨架更的硅鋁比來增強冤其吸附性能是近幾寇年出現(xiàn)咐的新的糞改性方因法。沸使石的吸韻附容量飛主要取四決于鋁刊原子取脈代四面遼體硅的數(shù)眨目，鋁原堅子取代囑硅的數(shù)炕目大，掏對極性分興子或離子舒的吸附謠能力也智就愈大蹄。沸石骨聰架元素案改性主葡要是脫啞鋁及補掏鋁，水與熱合成臭是改變導沸石骨致架元素低的主要周方法。壯將絲光版沸石經(jīng)洲Al(容0H)言、襯KCl殺和Na訴OH進寄行鋁代馬硅改性貍后，仍夜然保留絲光沸鄰石晶格膠構(gòu)造。絲光沸恰石單位擱晶胞體并積擴大摔，導致邪絲光沸鵲石中的?？昭w概積也增刻大，使診其吸附巧容量增法加。骨剩架改性脖后，沸胸石的吸附和離子交嘉換性能均得屋到了提高沸石的錦性質(zhì)沸石除了燙前幾種工悼藝特性外謠，還有吸罷水性和助脫沸性。水是極性次很強的分朽子，沸石星對水有很歡大的親合力。與其他晝干燥劑均相比有叫其吸水率高的突出特垮點，可在善較廣的范討圍內(nèi)使用祥。其吸水塊量是硅膠典或氧化鋁成的5-6倍。并繁且高溫屆下仍有爭高的吸巷水量，香如在1備00攝氏度吸水量為攜13％，沃200攝氏度時仍有4并％。沸石控在高速氣茅流中仍有較朝高的吸水覆量，通常癢如氣體線懶速度為3蠶0m/m鼠in時，番沸石的絕沸熱吸水量屈為16.湊7％。沸石含叨有很多悼小孔桌可吸附筒剛生成邊的蒸汽狡然后戀從小孔貝呈小氣檢泡狀態(tài)更排除初防止蒸榆汽聚合忙形成大億氣泡導縫致暴沸笨的現(xiàn)象工業(yè)生產(chǎn)襲中可以用胃作吸水干剃燥劑實驗室宴中用于海防爆沸沸石的睬用途應(yīng)用領(lǐng)域BECDA空氣凈化材料農(nóng)牧業(yè)建材水處理石油和化工沸石的用凱途一、農(nóng)牧司業(yè)利用沸勺石的離子交換淋性和吸附性，將其帳摻入土痕壤中，攤可明顯隆提高土止壤的離攻子交換拳件能和執(zhí)吸附性車能，從復而達到想保肥、披保水和險改良土望壤的效榮果。據(jù)囑介紹，蝴日本許俱多地區(qū)壯皆在農(nóng)懶田中施噴加沸石弱粉來中丙和酸性情火山質(zhì)籠土壤。屬施用沸執(zhí)石粉后價，水稻警、小麥伴可增產(chǎn)下5％—參10％棵。我國怎浙江省展施用4五50—摸900娛微米沸唯石粉，粗水稻培野產(chǎn)10漢％—2潮0％。呢沸石還闖用做飼功料的添加劑和飼養(yǎng)場予除臭用吸附梯劑等。沸石的額用途二、建材沸石在建偵材力面土版要在水泥韻中作活性混誦合料和在混剝凝土中叨作摻和料，起到舟降低水鉤泥用量徒，發(fā)揮均利改善眠各種功暢能的作枝用。由于沸載石的離隔子交換強性，它其可吸納贊混凝土坊體系中閉水泥和雹其他組密分帶入刷的Na竄離子和訴K離子品，從而遵消除或慰降低了爸Na離適子和K果離子與飽具有活握性二氧澡化硅組坑分的集皮料發(fā)生撥的堿集越料反府步、提高族混凝土筋的耐久性和使用安唐全性。天然沸石淹在110肯攝氏度時遮具有很好遺的發(fā)泡性，因此它難還是生產(chǎn)半輕骨料混茅凝土及其土它輕質(zhì)建材的原料垂。沸石的川用途三、石評油和化薄工沸石可墊用做催康化劑及坡其載體，以伸沸石為基濁本原料的亮催化劑應(yīng)置用非常廣扭泛，主要歷領(lǐng)域為：功用做石油襲煉制過程中的裂化催捧化、液壓催化和氫化裂化；用做石焦油化工中諒的異構(gòu)化、重整、烷基化、歧化和轉(zhuǎn)烷基化等。在環(huán)保杯工業(yè)中棄用斜發(fā)糖沸石作可催化劑可使環(huán)禾乙醇異構(gòu)化為羧甲基悅戊烷；在墳硫化氫氣危氛中使碳殿氫化合物加氫脫蠟等。沸石的煮用途沸石可作干燥劑、吸附劑和氣體分離政劑用于石門化領(lǐng)域寸，如用童天然沸貴石制成緊的干燥些劑和吸欲附劑可昨選擇性蠅吸收HCl、硫化氫、氯氣、CO、二氧化臥碳及氯甲百烷等氣體慶、可分離那天然氣中丘的水蒸汽、二氧化如碳和二氧化激硫等，提煌高天然懼氣質(zhì)量靜，可分勢離空氣亦中的氧氣、氮氣，拒制取富氧徑氣體和氮碼氣，也可闖除掉其他吉有用氣體舍中的痕量氮氣。利用沸石劉的離子交妄換性，以默Na離子艙初K離子列，離子置匪換法可從量海水中提衫取鉀。其疫中斜發(fā)沸沿石對鉀有腳特殊的選買擇交換性晶能，用飽室和NaC閉l溶液在型100攝位氏度下將匯斜發(fā)沸石璃改型成N歌a型沸石柿，其離子鴉交換容量延可進一步曉提高。從慕而改善提腦鉀效果。沸石的用貨途四、水處泊理斜發(fā)沸石極、絲光沸離石因?qū)@日些雜質(zhì)具令有強烈吸搏附作用而獲用做其凈鍛化材料，毛廢水中含洽Hg、C臟d、Pb夾、Zn、倍Cu、等穴重金屬陽詞離子和有續(xù)機污染物稱。沸石可吸積附水中的嘗金屬陽離協(xié)子，進而句可以改善杰水質(zhì)、使爭水軟化。沸石甚還至可以嘉排除了捷許多的欠有機質(zhì)海，降低芹了礦化盆度，以饑及淡化嬸海水等沸石的只用途五、空寇氣