天然沸石是一种新兴材料,被广泛应用于工业、农业、国防等部门,并且它的用途还在不断地开拓。沸石被用作离子交换剂、吸附分离剂、干燥剂、催化剂、水泥混合材料。
在石油、化学工业中,用作石油炼制的催化裂化、氢化裂化和石油的化学异构化、重整、烷基化、歧化;气、液净化、分离和储存剂;硬水软化、海水淡化剂;特殊干燥剂(干燥空气、氮、烃类等)。
在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂和素质颜色等。在国防、空间技术、超真空技术、开发能源、电子工业等方面,用作吸附分离剂和干燥剂。在建材工业中,用作水泥水硬性活性掺和料,烧制人工轻骨料,制作轻质高强度板材和砖。
在农业上用作土壤改良剂,能起保肥、保水、防止病虫害的作用。在禽畜业中,作饲料(猪、鸡)的添加剂和除臭剂等,可促进牲口成长,提高小鸡成活率。在环境保护方面,用来处理废气、废水,从废水废液中脱除或回收金属离子,脱除废水中放射性污染物。
在医学上沸石用于血液、尿中氮量的测定。沸石还被开发成为保健用品,用于抗衰老,去除体内积累的重金属。
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一、相关性质与稳定性
如果遵照规格使用和储存则不会分解,未有已知危险反应,避免氧化物。溶于强碱。属高硅沸石。具有独特的孔结构、高的催化活性和热稳定性及耐酸性。
沸石是沸石族矿物的总称,是一种含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物。全世界已发现天然沸石40多种,其中最常见的有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、钙十字沸石、片沸石、浊沸石、辉沸石和方沸石等。
已被大量利用的是斜发沸石和丝光沸石。沸石族矿物所属晶系不一,晶体多呈纤维状、毛发状、柱状,少数呈板状或短柱状。
沸石具有离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性、化学反应性、可逆的脱水性、电导性等。沸石主要产于火山岩的裂隙或杏仁体中,与方解石、石髓、石英共生;亦产于火山碎屑沉积岩及温泉沉积中。
二、品种
自然界已发现的沸石有80多种,较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等,都以含钙、钠为主。它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。
晶体所属晶系随矿物种的不同而异,以单斜晶系和正交晶系(斜方晶系)的占多数。方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形,片沸石、辉沸石呈板状,毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状,钙十字沸石和辉沸石双晶常见。纯净的各种沸石均为无色或白色,但可因混入杂质而呈各种浅色。
玻璃光泽。解理随晶体结构而异。莫氏硬度中等。比重介于20~23,含钡的则可达 25~28。沸石主要形成于低温热液阶段,常见于喷出岩气孔中,也见于热液矿床和近代温泉沉积中。
沸石可以借水的渗滤作用,以进行阳离子的交换,其成分中的钠、钙离子可与水溶液中的钾、镁等离子交换,工业上用以软化硬水。沸石的晶体结构是由硅(铝)氧四面体连成三维的格架,格架中有各种大小不同的空穴和通道,具有很大的开放性。
碱金属或碱土金属离子和水分子均分布在空穴和通道中,与格架的联系较弱。不同的离子交换对沸石结构影响很小,但使沸石的性质发生变化。
晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或过滤大小不同的其他物质的分子。工业上常将其作为分子筛,以净化或分离混合成分的物质,如气体分离、石油净化、处理工业污染等。
-沸石
图4-4 丝光沸石光性方位
(Na2,K2,Ca)[AlSi5O12]2·7H2O
斜方晶系
Ng=1477~1487
Nm=1475~1485
Np=1472~1483
Ng-Np=0004~0005
(±)2V=76°~90°
a‖Nm,b‖Ng,c‖Np,光轴面‖(100)
化学组成 一般Na+K>Ca,在碱金属中 K 的含量很少,以Na为主。成分中可含少量的Fe、Mg。
结晶特点 晶体呈针状或纤维状,有时也呈细小的长柱状。常以束状、扇状、放射状、丝状、发状、纤维状、致密状、球粒状等集合体形式产出。解理{010}、{100}完全。
光性特征 白色或褐**、浅玫瑰色,薄片中无色透明,含 Fe2O3时呈红色。负低到中突起。干涉色一级灰,平行消光(有时可有小的消光角,<4°),负延性。二轴晶,光性正或负,光轴角大。
鉴别特征 丝光沸石以低的折射率(常为负中—低突起)为特征,可与多数沸石区别。与钠沸石的区别则可根据光轴角和延性,后者光轴角小,正延性。与交沸石不同处是丝光沸石折射率低,平行消光。片沸石和钙沸石光轴角小而折射率较丝光沸石高。斜发沸石和丝光沸石常共生,二者可根据延性区别之。杆沸石干涉色高,折射率也较高,延性可正可负,与之区别。
产状及其他 丝光沸石在基性和中酸性火山岩、凝灰岩中常呈晶簇或脉状、杏仁状产出。也可作为火山玻璃的水化产物或在沉积岩中成自生矿物产出。在海相沉积岩中常与水白云母、高岭石、海绿石等共生。在某些碎屑岩中可作为胶结物产出,与蛋白石、玉髓等共生。在一些蚀变的凝灰岩中可大量产出,与蒙脱石、皂石、绿鳞石、蛋白石共生。丝光沸石常与斜发沸石共生,见于蚀变的流纹岩或珍珠岩中,常为脱玻化的产物。在变质岩的浊沸石相也可见到。
沸石的作用有:
1、在化学蒸馏或加热实验当中常用来防止暴沸,这是因为沸石的结构当中有大量的小孔,可作为气泡的凝结核,使反应液平稳沸腾。可用敲碎至米粒大小的素烧瓷片代替。
2、在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂和素质颜色等。在国防、空间技术、超真空技术、开发能源、电子工业等方面,用作吸附分离剂和干燥剂。
3、在建材工业中,用作水泥水硬性活性掺和料,烧制人工轻骨料,制作轻质高强度板材和砖。在农业上用作土壤改良剂,能起保肥、保水、防止病虫害的作用。
4、在医学上沸石用于血液、尿中氮量的测定。沸石还被开发成为保健用品,用于抗衰老,去除体内积累的重金属。
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沸石的特点就是具有架状结构,在它们的晶体内,分子像搭架子似地连在一起,中间形成很多空腔。因为在这些空腔里还存在很多水分子,因此它们是含水矿物。
这些水分在遇到高温时会排出来,比如用火焰去烧时,大多数沸石便会膨胀发泡,像是沸腾一般。上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室车顺爱课题组与瑞典科学家合作,在合成有序介孔沸石材料方面取得突破性成果。
该研究引入的合成策略及相关的结构导向机理研究,大大扩展了介孔沸石的制备途径,为今后介孔沸石材料的合成提供建设性指导,有助于加深对有机客体分子如何导向形成无机骨架结构的认识。
-沸石
人民网-科学家合成多种有序介孔沸石材料
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