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          從天然沸石到人工合成沸石,它們之間有什么區別

          發布日期:2022-07-23瀏覽次數:4014



          人們最早發現天然微孔的硅鋁酸鹽(natural aluminosilicate)即天然沸石(zcolite)是在1756年。人們在長期的實踐活動中對天然沸石的一些性質有了一定的認識,其中包括沸石礦物具有可逆的脫水作用,即沸石脫水后又能重新吸附水。19世紀末,人們在研究某些土壤的離子交換性質時,發現天然沸石也具有同樣的作用,其中的陽離子可以被其他金屬陽離子取代。同時發現天然菱沸石能迅速地吸附水、甲醇、乙醇和甲酸蒸氣,然而幾乎不吸附丙酮、乙醚和苯。不久以后,人們認識到這些結果的重要性,開始把它們當作吸附劑與干燥劑使用,并利用它們來分離某些不同的氣體分子,后來在空氣的分離與提純過程中,使用天然沸石也獲得了良好的結果.


          從地質學上講,天然沸石最早被發現存在于玄武巖的孔洞中。到19世紀末,發現在沉積巖中也存在沸石根據Munsen R A與Sheppard R A等在研究沸石成因的過程中指出,玄武巖熔巖流和含有多種成分的地下熱水或溫泉的作用下可生成沸石(陸成沉積物);含有火山玻璃質的沉積物與富鈉的海水反應,也可以生成沸石(海成沉積物)還有是由于火山沉積物與堿性湖水的作用而生成沸石(堿性鹽湖沉積物),這種成因的沸石,儲量比較大,分布也比較廣。根據上述沸石礦床的地質生成情況,可以推斷,有火山巖和鹽湖分布的地區,可能會有沸石礦床的蘊藏。隨著地質勘探工作和礦物研究工作的逐步展開,人們發現的天然沸石的品種越來越多,到目前為止,天然沸石已發現有40余種,然而經結構測定的還不及30種。


          1948年,RichardBarrer首次生產了一種沒有天然對應物的合成沸石。大約在同一時間,米爾頓制造了第一批沒有天然對應物的材料,如沸石A。新的天然沸石仍在被發現,世界各地的許多實驗室正在發明新的合成沸石。


          沸石是具有明確結構的三維、微孔、結晶固體,在其規則框架中包含鋁、硅和氧;陽離子和水位于孔隙中。硅和鋁原子通過共享的氧原子相互四面體配位。在成分上,沸石類似于粘土礦物。更具體地說,兩者都是鋁硅酸鹽。然而,它們的晶體結構不同。


          許多類型的粘土具有分層晶體結構(類似于一副紙牌),并且會隨著水在層間吸收和去除而收縮和膨脹。相比之下,沸石具有剛性的3維晶體結構(類似于蜂窩),由相互連接的隧道和籠子網絡組成。水可以自由進出這些孔,但沸石框架保持剛性。這種結構的另一個特殊方面是孔和通道的尺寸幾乎一致,使晶體可以充當分子篩。



          多孔沸石含有水分子和鉀離子和鈣離子,以及各種其他帶正電荷的離子,但只有那些分子大小合適的分子才能進入孔隙,從而產生“篩分”特性。由于它們的規則和可重復的結構,它們以可預測的方式運行。


          一、沸石的種類


          沸石是在世界許多地方開采的天然礦物。商業上使用的大多數沸石都是合成生產的。在開發沸石的應用時,重要的是要記住并非所有這些礦物都是相同的。沸石有近50種不同類型的沸石(斜發沸石、菱沸石、菱沸石、絲光沸石等),其物理和化學性質各不相同。晶體結構和化學成分是主要差異。顆粒密度、陽離子選擇性、分子孔徑和強度只是根據所討論的沸石而不同的一些特性。重要的是要知道人們正在使用的沸石的具體類型,以確保它適合一個人的需要。


          有許多天然和合成沸石,每一種都具有獨特的結構。市售的孔徑范圍從大約3?到大約8?。一些商業材料是:A、β、絲光沸石、Y、ZSM-5。

          二、天然沸石和合成沸石的最大區別是:


          合成材料是由消耗能量的化學品制造的,而天然材料是由天然礦體加工而成。合成沸石的二氧化硅與氧化鋁之比為1:1,斜發沸石(clino)沸石的比率為5:1。Clino天然沸石在弱酸性環境中不會分解,而合成沸石會。天然沸石結構具有更耐酸的二氧化硅,可將其結構固定在一起。clino天然沸石在農業工業中被廣泛接受用作土壤改良劑和飼料添加劑。


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