多功能沸石分子筛材料

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多功能沸石分子筛材料

作者：吴 鹏

来源：《化学教学》2008年第06期

摘要：简要介绍了沸石分子筛的基本结构、物理化学性质以及作为多功能材料在吸附剂、阳离子交换剂和催化剂等方面的应用。 关键词：沸石；分子筛；多孔材料；催化剂

文章编号：1005－6629(2008)06－0001－04中图分类号：TE624.9+9 文献标识码：B

沸石是一类硅酸铝盐多孔晶体材料，由SiO2, Al2O3,H2O, Na2O, K2O和CaO等主要成分组成，其结晶水在加热能形成水蒸气释放， 因此其英文名（zeolite）源于希腊语沸腾的石头的意思。沸石失去孔道中的结晶水后，可以吸附多种气体分子，由于其孔道均匀，同时尺寸为分子大小水平，因此显示非常独特的根据分子大小和形状进行选择性吸附和分离的性能。为此，通常又将沸石称作分子筛（molecular sieve）。

沸石作为天然矿物质18世纪发现于火山岩中，最初仅得到了一部分矿物学家和物理化学家的关注。此后随着沸石的特性和功能的发现，以及沸石在解决石油化工、资源和能源及环境等领域中有关国计民生问题的重要作用引起了广泛的关注。20世纪中期模拟自然界沸石生成的条件，兴起了沸石分子筛的水热合成研究的热潮，不仅成功合成出与天然沸石具有相同晶体结构的分子筛，而且研发出了一系列结构新型的人工合成沸石分子筛。目前，晶体结构得到解析并获得国际沸石学会承认的沸石分子筛的种类已接近180种，其中绝大部分是人工合成结构，其数目还在逐年增加。

沸石分子筛作为一类多孔性功能材料被广泛应用于原油裂解生产汽柴油的催化剂、替代液体酸的固体催化剂、吸附剂、阳离子交换剂、气体及烃类分离剂，同时在肥料和动物饲料添加剂、土壤改良剂、造纸用填充剂以及塑料添加剂等方面也有着实质性或潜在的应用。

1 沸石的组成和晶体结构特征

沸石分子筛是具有规则的均匀微孔结构的一类硅铝酸盐。其化学组成为：

M2/n·Al2O3·xSiO2·yH2O，式中，M：金属阳离子；n：金属阳离子的价态；x： 硅铝比； y：饱和水分子数。构成沸石分子筛骨架的基本结构为硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体(AlO4)。在