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1、概念

自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽，它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質稱為沸石（沸石是沸石族礦物的總稱，是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物），根據沸石的結構，人工合成的沸石稱為分子篩。分子篩是一種包含有精確和單一的微小孔洞的材料，可用于吸附氣體或液體。足夠小的分子可以通過孔道被吸附，而更大的分子則不能。與一個普通篩子不同的是它在分子水平上進行操作。

2、結構

分子篩的化學組成通式為：(M)_2/nO· Al₂O₃·xSiO₂·pH₂O（其中，M代表金屬離子(人工合成時通常為Na)；n代表金屬離子價數；x代表SiO₂的摩爾數，也稱為硅鋁比；p代表水的摩爾數）。

2.1初級結構單元  

分子篩骨架的最基本結構是 SiO4和AlO4四面體，構成初級結構單元。通常來講，沸石分子篩都是一個個四面體通過共用頂點來堆積得到的，所以一個四面體就是一個初級的結構單元(TO4四面體)。例如：對于silicalite-1沸石分子篩來講，它的初級結構單元是硅氧四面體（[SiO4]0），并且這個四面體結構單元呈現電中性，這些硅氧四面體通過共用氧原子的連接，形成了具有MFI結構的沸石分子篩。當然，當在合成體系中有鋁存在的條件下，則有兩種四面體：硅氧四面體（[SiO4]0）和鋁氧四面體（[AlO4]-），并且鋁氧四面體是存在一個負電荷的，通過組裝合成了硅鋁的具有MFI結構的分子篩。而磷鋁分子篩則是磷氧四面體（[PO₄]+）和鋁氧四面體（[AlO₄]-）嚴格交替構成，骨架呈電中性。

2.2次級結構單元  

分子篩的骨架結構由初級結構單元進行有限或者無限的連接后而形成的。有限的結構單元，如次級結構單元通常是指由TO₄四面體通過共同使用定點的氧原子，從而按照不同的連接方式組成的多元環結構，比較常見的環結構如四元環、五元環、六元環、雙四元環和雙六元環，例如4-4次級結構單元，它所代表的的是兩個四元環，即雙四元環。正如我們所熟知的A型分子篩，它就是通過SOD籠與雙四元環之間進行連接從而形成了沸石分子篩。

硅及鋁原子通過氧構成氧環，氧環的大小決定沸石的細孔孔徑。每個氧環的氧原子數目為4～12個。通常具有分子篩作用的有八元環(0.4～0.5nm)、十元環 (0.5～0.6nm) 及十二元環 (0.7～ 0. 9nm)。

2.3籠狀結構單元  

四面體通過氧橋相互連接形成多元環，而各種不同的多元環通過氧橋相互連接，形成具有三維空間的多面體，這些多面體是中空的籠狀，故又稱為籠。沸石分子篩的籠是三維空間的多面體，是構成分子篩的主要結構單元，例如，我們所熟悉的SOD籠它由八個六元環和六個四元環來組成的，一般簡寫成4668。不同的分子篩骨架會含有相同的籠狀結構單元，換句話說，同一個籠狀結構單元通過不同連接方式會形成不同的分子篩骨架結構類型。一個經典的例子就是SOD籠。 SOD籠間通過本身的共面連接形成的是SOD沸石分子篩；SOD籠間通過雙四元環的連接，形成的是LTA型分子篩；SOD籠間通過雙六元環的連接，形成的是FAU和EMT沸石分子篩。

這種結合形式，構成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結構不同，形式不同，“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結構，如ZSM-5，AlPO4-8，SCM-14。

3、吸附性能

沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產生的一種“表面力”，當流體流過時，流體中的一些分子由于做不規則運動而碰撞到吸附劑表面，在表面產生分子濃聚，使流體中的這種分子數目減少，達到分離、清除的目的。由于沸石分子篩孔徑均勻，只有當分子動力學直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內部而被吸附，所以沸石分子篩對于氣體和液體分子就猶如篩子一樣，根據分子的大小來決定是否被吸附。沸石分子篩具有獨特的規整晶體結構，其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構，并具有較大比表面積。