沸石分子篩是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物,其化學(xué)通式為:Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表陽離子,m表示其價態(tài)數(shù),z表示水合數(shù),x和y是整數(shù)。沸石分子篩活化后,水分子被除去,余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu),孔徑為3~10Å。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴,空穴之間有許多同直徑的孔(也稱“窗口”)相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部,而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外,起到篩分分子的作用,故得名分子篩。沸石分子篩在自然界中即可存在,人工大量合成是從上世紀(jì)70年代開始。
沸石分子篩膜中的傳質(zhì)機(jī)理主要是表面擴(kuò)散和活性化擴(kuò)散。表面擴(kuò)散包括吸附和擴(kuò)散過程,即分子從分離體相進(jìn)入沸石分子孔表面,吸附在表面上和孔中,吸附在表面和孔中的分子在化學(xué)勢的梯度下,從一個吸附點躍遷至空位或另一個吸附點,在膜的透過側(cè)脫附擴(kuò)散進(jìn)入滲透相?;钚曰瘮U(kuò)散是分子與膜材料表面的吸附作用弱,體相分子進(jìn)入孔后,直接在孔中擴(kuò)散的過程。因此,沸石分子篩膜分離選擇性由于分子吸附和擴(kuò)散的差異而導(dǎo)致不同,沸石膜材料的表面特性、孔道結(jié)構(gòu)與分子的特性如大小與極性是 決 定 了 膜 的 分 離 性 能。另 一 方面,支撐沸石膜的有效分離層由一多晶沸石層構(gòu)成的,由于是多晶層,因此多晶層的厚度、連續(xù)性、多晶間隙、取向等微觀結(jié)構(gòu)是決定沸石膜的分離效果的根本因素。與其它膜材料同樣,沸石膜開發(fā)的關(guān)鍵任務(wù)在于依據(jù)分離體系的分子特性進(jìn)行膜材料的設(shè)計和膜的微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
沸石分子篩晶體具有吸附性、可交換性等諸多優(yōu)良性能,所以被廣泛應(yīng)用于石油 化工工業(yè)、洗滌劑工業(yè)、精細(xì)化工等工業(yè)。在沸石分子篩的研究中,以廉價天然礦物 為原料制備分子篩和其功能性的研究是該領(lǐng)域中具有價值的研究之一。紅輝沸石 屬于輝沸石族,是其中的一個礦物種,紅輝沸石以含水架狀鋁硅酸鹽為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu), 在不同溫度環(huán)境下對各種陽離子具有選擇吸附性,且具有良好的催化功能、可加工性能、低硬度、低熱膨脹性能,且熱穩(wěn)定性較好,被廣泛應(yīng)用于環(huán)境材料,農(nóng)牧業(yè)改良, 化工添加劑和吸附劑等領(lǐng)域。