沸石蜂窩分子篩的作用機(jī)理是什么？

沸石蜂窩分子篩是一族含水的具有連通孔道的呈架狀構(gòu)造的堿或堿土金屬的硅酸鹽或鋁硅酸鹽礦物；沸石具有很好的熱穩(wěn)定性和吸附性能，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油化工、建筑材料、陶瓷、冶金、醫(yī)藥、催化劑、洗滌助劑、日用化工等領(lǐng)域。

1）離子交換性能

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(yáng)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(yáng)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)查證，國(guó)內(nèi)斜發(fā)沸石巖對(duì)NH4+離子的總交換容量在50~220 mmol/100g之間變化，對(duì)K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g，極少數(shù)在9mg/g以下。而絲光沸石巖對(duì)NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73 mmol/100g，K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g，極少數(shù)在9mg/g以上。故斜發(fā)沸石巖和絲光沸石巖的NH4+離子交換容量均較高，但絲光沸石巖的K+離子交換容量大大低于斜發(fā)沸石巖，這是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)決定的。

2）吸附性能

沸石蜂窩分子篩具有很大的比表面積（500-1000米2/克）因而能產(chǎn)生較大的擴(kuò)散力，故可用作出色的吸附劑。沸石晶格內(nèi)部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之間通過(guò)開(kāi)口的通道彼此相連，并與外界溝通。孔穴和通道的體積占沸石晶體體積的50%以上，其中存在許多脫附自由的沸石水。沸石水的多少，可隨外界的溫度和濕度變化而變化。沸石內(nèi)部的孔穴和通道，在一定的物理化學(xué)條件下，具有固定的直徑（約3~11?），各種不同的沸石，其直徑也不同，小于這個(gè)直徑的物質(zhì)能被其吸附，而大于這個(gè)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。但并非所有的沸石都能起分子篩作用。有些沸石孔徑太小，就沒(méi)有篩分分子的作用。沸石不僅具有吸附水的性能，而且還具有吸附氧化鈣、SO2、F2、氮、銨、甲醇以及吸附放射性物質(zhì)的性能，以浙江縉云絲光沸石為例，吸附氧化鈣為150.01mg/g，吸銨量177.47mmol/100g，SO2120mg/g，氮吸附量（STP）為12.93~17.11 mg/g，甲醇55.4 mg/g。

3）催化性能

由于沸石具有很大的吸附表面，可以容納相當(dāng)多數(shù)量的吸附物質(zhì)，因而能促使化學(xué)反應(yīng)在其表面上進(jìn)行，所以沸石又作為有效的催化劑和催化載體。另外沸石有鋁硅酸鹽格架電荷，以及平衡離子的電荷，具有局部的高電場(chǎng)和格架上產(chǎn)生酸性位置，因而可以用于加速碳離子型的反應(yīng)。此外它還能以交換具有催化活性的金屬（如Pt、Pa等），使其能得到很大程度的分散，保持高的活性同時(shí)又可減少貴金屬的用量。

4）熱穩(wěn)定性

沸石巖的熱穩(wěn)定性與沸石巖中所含陽(yáng)離子的種類、沸石的硅鋁比、沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。就熱穩(wěn)定性而言，一般絲光沸石優(yōu)于斜發(fā)沸石和方沸石，鉀型或鈉型沸石優(yōu)于鈣型或鉀鈣型斜發(fā)沸石，（我國(guó)斜發(fā)沸石屬于后者），高硅沸石優(yōu)于低硅沸石（我國(guó)的沸石屬于高硅沸石）。國(guó)內(nèi)沸石巖的熱穩(wěn)定性各地不一。浙江省縉云縣老虎頭斜發(fā)沸石，連續(xù)加熱650℃12小時(shí)后，原有結(jié)構(gòu)大部保持，但加熱到800℃時(shí)結(jié)構(gòu)全被破壞。而河北省圍場(chǎng)斜發(fā)沸石巖加熱到350-450℃，沸石晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，而河北赤城獨(dú)石口斜發(fā)沸石巖加熱到600-700℃（保溫2小時(shí)），沸石晶體結(jié)構(gòu)才完全破壞。

5）耐酸性

蜂窩狀沸石分子篩具有良好的耐酸性，如山東省斜發(fā)沸石和絲光沸石巖用不同濃度的鹽酸在100°C下處理2小時(shí)，試驗(yàn)證明兩者均有較強(qiáng)的耐酸性，其中斜發(fā)沸石在4N鹽酸中處理，絲光沸石在10mol/L鹽酸中處理，晶體結(jié)構(gòu)均未被破壞。

此外，沸石還具有化學(xué)反應(yīng)性、遠(yuǎn)紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能。