环境功能材料沸石材料解析
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环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石的水分子与骨架离子和可交换金属阳离子 的联系一般都是松弛而微弱的。且金属阳离子 位于晶体构造较大并相互通连的孔道或空洞间。 因此，阳离子可自由地通过孔道发土交换作用， 而不能影响其晶体骨架。
• 水分子比阳离子更自由地可以移动和出入孔道。 在有热力的趋使下，可自由地脱附而不影响其 骨架构造。
环境功能材料沸石材料解析
工业中使用的沸石
环境功能材料沸石材料解析
实验室用的沸石
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石有很多种，它们的共同特点就是具有架状结构， 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，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 便会发泡，像是沸腾一般。沸石的名字就是因此而来。
环境功能材料沸石材料解析
• 在长石构造中，金属阳离子都限制在O离子构 成的晶体骨架的空隙间，除非晶体被破坏，这 些金属阳离子是很难自由活动的。Na或K被Ca 里换，必须与Si、Al的置换同时进行，即成对 置换，必然引起Si/AI比的改变。
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
沸石分子筛
沸石体 要。
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
3 沸石的合成方法
• 沸石一般为自然资源，虽然人们已经掌握了沸 石的人工制备技术，但极少数的沸石是人工合 成的。
• 因为全世界的沸石产量实在多的不象话，甚至 在有些国家大部分的石头都是沸石，且目前沸 石有50%以上是用于制造水泥，可见其普遍的 程度，因此人工合成沸石很不经济。
环境功能材料沸石材料解析
• 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。
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石的构造与石英、长石的骨架有些不同。石 英、长石的骨架构造比较严紧，比重2.6~2.7， 而沸石的骨架构造比较空疏，比重2.0~2.2。其 脱水后的空腔可大至47%，如菱沸石。合成沸 石甚至可达50%。
• 沸石基础结构为硅氧四面体，其中的硅原子， 可被铝原子置换而构成铝氧四面体。
• 但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有 一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷 不平衡，使整个铝氧四面体带负电。
• 为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消， 一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、 Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。
环境功能材料沸石材料解析
自然界中的沸石晶体
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
2.2
1.6
2.0
视密度
1.4
1.8
孔径
1.2
1.6
1.0
视密度
孔径(mm)
0.8 1.4
0.6 1.2
0.4 1.0
0.2 0.8
0.0
0.6
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
升温速率(℃/min)
• 1932年，McBain提出了“分子筛”的概 念。表示可以在分子水平上筛分物质的 多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种， 但是沸石在其中最具代表性，因此“沸 石”和“分子筛”这两个词经常被混用。
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
分子筛过滤分离
• 在具体的应用上，分 子筛的孔尺寸非常重
沸石材料
环境功能材料沸石材料解析
• 1 沸石概述 • 2 沸石的结构特点、性质及应用 • 3 沸石的合成方法
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石（zeolite）是一种矿石，最早发现于 1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提 （Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐 矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命 名为“沸石”（瑞典文zeolit）。在希腊 文中意为“沸腾”（zeo）的“石头” （lithos）。
• 沸石族矿物常见于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中， 也见于沉积岩、变质岩及热液矿床和某些近代温泉沉 积中。
• 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。
• 浙江省缙云县为目前我国境内已发现的沸石储量最高 的地区。
环境功能材料沸石材料解析
内蒙古的沸石资源
• 二十世纪九十年代，乌审旗、鄂前旗境 内发现方沸石矿产资源，在7平 方公里内 发现方沸石矿藏储藏厚度达10多米，有 的直接裸露在外，其勘探为2376万吨， 为世界第一大方沸石矿藏。
环境功能材料沸石材料解析
2 沸石的结构特点、性质及应用
• 沸石结构式为
• A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O)
• 其中：A为Ca、Na、K、Ba等阳离子，p为阳离子化合 价，n为水分子数， (y/x)通常在1～5之间，(x+y)是单 位晶胞中四面体的个数。
环境功能材料沸石材料解析
• 尽管如此，人工合成沸石的科学研究一直都在 进行中。
环境功能材料沸石材料解析
粉煤灰合成沸石
环境功能材料沸石材料解析
粉煤灰
碱液
环境功能材料沸石ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料解析
扫面电镜图片
环境功能材料沸石材料解析
XRD分析
环境功能材料沸石材料解析
孔结构分析（BET方法）
环境功能材料沸石材料解析
吸附实验
• 针对某一种类型的污染物进行吸附实验。 做出吸附等温线，进而得到饱和吸附量 等关键参数。也有研究进行吸附动力学 研究，测定吸附速率等。
环境功能材料沸石材料解析
建筑垃圾制备多级孔结构材料 的研究
沸石制备类研究的实例
环境功能材料沸石材料解析
建筑垃圾的环境危害
4 粉尘污染 3 水源污染 2 破坏土壤 1 占据土地
建环筑境功垃能材圾料沸石资材料源解析化利用
目前建筑垃圾的主要再生利用方式
（3）地基加固、道路垫层 （2）制备再生骨料混凝土 （1）生产环保型砖块
环境功能材料沸石材料解析
• 自然界已发现的沸石有30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。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。
环境功能材料沸石材料解析
沸石形成的地质条件
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石的水分子与骨架离子和可交换金属阳离子 的联系一般都是松弛而微弱的。且金属阳离子 位于晶体构造较大并相互通连的孔道或空洞间。 因此，阳离子可自由地通过孔道发土交换作用， 而不能影响其晶体骨架。
• 水分子比阳离子更自由地可以移动和出入孔道。 在有热力的趋使下，可自由地脱附而不影响其 骨架构造。
环境功能材料沸石材料解析
工业中使用的沸石
环境功能材料沸石材料解析
实验室用的沸石
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石有很多种，它们的共同特点就是具有架状结构， 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，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 便会发泡，像是沸腾一般。沸石的名字就是因此而来。
环境功能材料沸石材料解析
• 在长石构造中，金属阳离子都限制在O离子构 成的晶体骨架的空隙间，除非晶体被破坏，这 些金属阳离子是很难自由活动的。Na或K被Ca 里换，必须与Si、Al的置换同时进行，即成对 置换，必然引起Si/AI比的改变。
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
沸石分子筛
沸石体 要。
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
3 沸石的合成方法
• 沸石一般为自然资源，虽然人们已经掌握了沸 石的人工制备技术，但极少数的沸石是人工合 成的。
• 因为全世界的沸石产量实在多的不象话，甚至 在有些国家大部分的石头都是沸石，且目前沸 石有50%以上是用于制造水泥，可见其普遍的 程度，因此人工合成沸石很不经济。
环境功能材料沸石材料解析
• 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。
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石的构造与石英、长石的骨架有些不同。石 英、长石的骨架构造比较严紧，比重2.6~2.7， 而沸石的骨架构造比较空疏，比重2.0~2.2。其 脱水后的空腔可大至47%，如菱沸石。合成沸 石甚至可达50%。
• 沸石基础结构为硅氧四面体，其中的硅原子， 可被铝原子置换而构成铝氧四面体。
• 但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有 一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷 不平衡，使整个铝氧四面体带负电。
• 为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消， 一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、 Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。
环境功能材料沸石材料解析
自然界中的沸石晶体
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
2.2
1.6
2.0
视密度
1.4
1.8
孔径
1.2
1.6
1.0
视密度
孔径(mm)
0.8 1.4
0.6 1.2
0.4 1.0
0.2 0.8
0.0
0.6
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
升温速率(℃/min)
• 1932年，McBain提出了“分子筛”的概 念。表示可以在分子水平上筛分物质的 多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种， 但是沸石在其中最具代表性，因此“沸 石”和“分子筛”这两个词经常被混用。
环境功能材料沸石材料解析
环境功能材料沸石材料解析
分子筛过滤分离
• 在具体的应用上，分 子筛的孔尺寸非常重
沸石材料
环境功能材料沸石材料解析
• 1 沸石概述 • 2 沸石的结构特点、性质及应用 • 3 沸石的合成方法
环境功能材料沸石材料解析
• 沸石（zeolite）是一种矿石，最早发现于 1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提 （Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐 矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命 名为“沸石”（瑞典文zeolit）。在希腊 文中意为“沸腾”（zeo）的“石头” （lithos）。
• 沸石族矿物常见于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中， 也见于沉积岩、变质岩及热液矿床和某些近代温泉沉 积中。
• 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。
• 浙江省缙云县为目前我国境内已发现的沸石储量最高 的地区。
环境功能材料沸石材料解析
内蒙古的沸石资源
• 二十世纪九十年代，乌审旗、鄂前旗境 内发现方沸石矿产资源，在7平 方公里内 发现方沸石矿藏储藏厚度达10多米，有 的直接裸露在外，其勘探为2376万吨， 为世界第一大方沸石矿藏。
环境功能材料沸石材料解析
2 沸石的结构特点、性质及应用
• 沸石结构式为
• A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O)
• 其中：A为Ca、Na、K、Ba等阳离子，p为阳离子化合 价，n为水分子数， (y/x)通常在1～5之间，(x+y)是单 位晶胞中四面体的个数。
环境功能材料沸石材料解析
• 尽管如此，人工合成沸石的科学研究一直都在 进行中。
环境功能材料沸石材料解析
粉煤灰合成沸石
环境功能材料沸石材料解析
粉煤灰
碱液
环境功能材料沸石ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料解析
扫面电镜图片
环境功能材料沸石材料解析
XRD分析
环境功能材料沸石材料解析
孔结构分析（BET方法）
环境功能材料沸石材料解析
吸附实验
• 针对某一种类型的污染物进行吸附实验。 做出吸附等温线，进而得到饱和吸附量 等关键参数。也有研究进行吸附动力学 研究，测定吸附速率等。
环境功能材料沸石材料解析
建筑垃圾制备多级孔结构材料 的研究
沸石制备类研究的实例
环境功能材料沸石材料解析
建筑垃圾的环境危害
4 粉尘污染 3 水源污染 2 破坏土壤 1 占据土地
建环筑境功垃能材圾料沸石资材料源解析化利用
目前建筑垃圾的主要再生利用方式
（3）地基加固、道路垫层 （2）制备再生骨料混凝土 （1）生产环保型砖块
环境功能材料沸石材料解析
• 自然界已发现的沸石有30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。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。
环境功能材料沸石材料解析
沸石形成的地质条件