清乾隆二十一年的这块石头，如今发展如何？

中国粉体网讯  科学的发现往往发生在偶然之间。瑞典矿物学家、化学家亚历克斯•克朗斯泰特（Alex Cronstedt）将一种采集来的矿物用火焰加热时，惊奇地发现它会发生起泡、膨胀和水蒸气冒出来的现象。在观察到这一有趣现象之后的1756年，也就是清乾隆二十一年，克朗斯泰特在瑞典学院报告了这个发现，并把这种矿物称为沸石——沸腾的石头。

来源：国投盛世

沸石概述

沸石是沸石族矿物的总称，在自然界中已发现的沸石种类有近50种，成份中有含水的碱金属（含钙、钠为主）和碱土金属的硅铝酸盐结晶矿石，以及化学组成相似的衍生矿物。天然沸石外观一般颜色较浅，混入杂质后会呈现不同的颜色，粒度可达0.5~10μm、比重介于2.0~2.5；无毒无味，无腐蚀性，不溶于水和有机溶剂，可溶于强酸和强碱。

在我国，天然沸石的种类较多，目前已发现斜发沸石、方沸石、片沸石、菱沸石、丝光沸石、辉沸石等为主的矿种和亚种，其中以斜发沸石为主，丝光沸石次之。近年来，天然沸石在绿色建材、石油化工、土壤改良、污水处理、冶金、医药、原子能工业以及轻工业等部门广泛应用，成为国民经济中的一种重要的天然环保新材料。

人造沸石

随着科技的发展，沸石也从最初的天然沸石发展到可人工合成的阶段。由低硅沸石逐渐转为高硅沸石。从最早的硅铝酸盐发展到现在的磷酸铝分子筛、杂原子掺杂分子筛。

分子筛表示可在分子水平上起到筛分物质作用的多孔材料，其中沸石是分子筛中最具代表性一种。分子筛按骨架元素可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛、骨架杂原子分子筛；按孔道大小可分为微孔分子筛、介孔分子筛、大孔分子筛；工业上常用的分子筛型号有A型（3A、4A、5A）、X型（10X、13X）、Y型（钠Y、钙Y）、M型、ZSM-5型。

其中4A沸石的Si/Al达到了1，是一种理想的离子交换材料，也是最具有代表性的人工合成沸石之一，合成工艺成熟、原料来源广泛。

4A沸石的合成

合成原料包括两大类：一类是NaOH、Al(OH)₃或Al₂O₃、水玻璃等化工原料，是目前工业合成的主要原料；另一类是廉价、来源广泛的天然矿物，如天然沸石、凹凸棒石、（煤系）高岭土、（钠基）膨润土等已开始逐渐取代传统化工原料。但由于天然矿物中杂质过多会影响产品的质量，需在合成前进行预处理，探索新工艺，调整相关技术参数。

合成4A沸石的常用方法有微波合成法、超声波合成法、拜尔合成法和水热合成法等。其中微波合成法和超声波合成法具有加热速度快、受热均匀、能耗低等优点，但同时也存在辐射危害；拜耳合成法生产成本低、对环境危害较小但产品质量不高；而水热法合成的产品具有质量稳定可靠，效率高，经济成本较低等优点，通过水热反应可直接从溶液中生长并且得到结晶完好的晶粒，因此水热合成法是目前工业上合成4A沸石较为普遍的一种方法。

另一方面，水热法合成4A沸石也存在缺点，受到原料颗粒的影响，产品的杂质较多，结晶度不高。对此，熔融法和碱溶法受到关注。较水热法合成的产品，熔融法可得到结晶度较高，杂质较少的4A沸石。碱溶法合成沸石虽然比水热法以及熔融法增加了过滤溶出硅铝的步骤，但是合成出来的产品具有结晶度高、白度高、杂质含量低和阳离子交换容量大等特点，因而该方法具有潜在的开发价值。

随着“绿色化学”理念深入人心，未来将几种不同的合成路线融会贯通，互相结合将会为沸石分子筛的绿色高效合成开拓更加广阔的合成前景。

4A沸石的性能及应用

4A沸石具有独特的孔道结构、具有离子交换性和吸附性等，使其在污水处理、石油化工、农业、电子等方面具有广泛的用途。

4A沸石的性能及应用

此外，由于分子筛结构的特殊性，使得研究者对于其结构设计可以最大限度地发挥想象力实现结构灵活调控，以实现性能的更优化和应用领域的更加多样化、广泛化发展。如超大孔沸石分子筛缓解了传统的沸石分子筛材料由于孔道尺寸较小而对有机大分子的处理能力不强的问题；将微孔和介孔优势集于一身的有序介孔沸石分子筛材料展现出更大应用潜力。

综合而言，随着能源和环境保护领域的不断发展，全球对沸石分子筛的需求不断增加。随着技术不断进步和创新，沸石产业将迎来更加广阔的发展空间和机遇。

参考资料：

程庆魁.改性4A沸石/高分子复合材料的性能研究

薛斌.从“沸腾的石头”到有序介孔材料

张慧卿等.分子筛催化材料研究概述

（中国粉体网编辑整理/黑金）

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