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4A
沸石分子筛的性质及其应用
李军
（中国铝业山东分公司化学品氧
化铝厂，
255052
）
摘要：本文着重介绍了
A
型沸石分子筛的结构特点
、性质及其应用。
关键词：分子筛
A
型沸石
结构
去污力
性质
沸石与分子筛名称的来历：
1756
年，瑞典的矿物学家
Cronstedt
发现有一类天然铝硅酸盐矿
石在灼烧时，由于晶体内部的水被赶出，产生类似起泡沸腾
的现
象，形象地称之为“沸腾的石头”，简称“沸石”
(zeo
lite)
。
1932
年，
McBain
提出了“分子筛”
(molecular sieves)
的概念
,
即分子筛是指可以在分子大小尺寸上，对物质进行筛分的多孔材
料。
分子筛具有均匀的内部微孔，其孔径与一般分子大小相当。
分子直径小于分子筛晶体孔穴
直径的物质可以进入分子筛晶体
内，从而被吸附，否则被排斥，达到对分子进行筛分的目
的。分
子筛可根据不同物质分子的极性决定优先吸附的次序。根据其有
< br>效孔径，可用来筛分大小不同的流体分子，这种作用叫做分子筛
作用。虽然沸石只
是分子筛的一种，但是沸石在分子筛中最具代
表性，因此“沸石”和“分子筛”这两个词
经常被混用。为了准
确地表达分子筛类别，应在分子筛前面加上物质的名称，如沸石
分子筛、碳分子筛等。
A
型沸石分子筛的结构与性质：
A
型
沸
石
具
有
类
似
氯
化
钠
四
< br>方
结
构
，
其
化
学
式
为
Na
2
O
·<
/p>
Al
2
O
3
·
2SiO
2
·<
/p>
4.5H
2
O
，
其内部孔径为
4.2
埃
，因此简称其
为
4A
沸石。
当
4A
沸石分子筛中
< br>60%
以上的钠离子被钾离子取代，
此时称为
3A
沸石分子筛；当
4A
沸石分子筛中
70%
以上钠离子被
钙离
子取代时，此时称为
5A
沸石分子筛。因此，
< br>4A
分子筛是制
备
3A
和
5A
分子筛的基础原料。
由于
A
型沸石具有类似氯化钠的
四方结构，因此其具有许多
特殊的性质如离子交换性能
4A
沸石骨架中的每一个氧原子都为相邻的两个四面体所共
有，这种结构可容纳可阳离子和水分子等物质的内部孔穴，并且
这些阳离子
和水分子有较大的移动性，可进行阳离子交换和可逆
脱水。
4A
沸石的离子交换是在带有铝离子的骨架上进行的，每一
个铝离子
所带的一个负电荷，不仅可以结合钠离子，也可以结合
其它阳离子。如钙、镁离子可以进
入原来钠离子占据的大晶穴，
将
4A
沸
石中的钠离子替换下来，即
4A
沸石中的钠离子可进行离
子交换，
可与硬水中的
Ca
< br>2+
和
Mg
2+
离子进行交换，
从而达到软化水
质的目的。
虽然
4A
沸石结合钙
镁离子的速度比三聚磷酸钠
(STPP)
慢，
< br>且
与镁离子的结合能力较弱，
但
4A
沸石可将水溶液中少量有害的重
金属离子如
Pb
2+
、
Cd
2+
、
Hg
2+
等很容易的快速除去，对净化水质有
着十分重要的意义。
< br>
通过实验对含不同助剂同一配方，改变助剂来比较其去污能
力，
发现
20%
的
STPP
、
20%
的
4A
沸石、
4%
的聚合
物去污效果与
40%
的
STPP
相当，
在无磷配方中
20%
< br>的
4A
沸石中加入
10%
的碳酸钠和
4.5%
的聚合物，可得到去污能
力十分理想的产品。
4A
沸石的载
液功能，由于
4A
沸石晶体的孔穴结构，加上微
粒具有很大的比表面积，
所以
4A
沸石有很强的吸附性能。
对非离
子表面活性剂的吸附性能上
，
4A
沸石是次氨基三乙酸盐
(NTA
)
和
碳酸钠的
3
倍，是三聚磷酸钠
(STPP)
和硫酸钠的
< br>5
倍，这个性质
一般应用于生产高浓缩洗衣粉，可配入更
多的表面活性剂，从而
大幅度提高洗涤用品的洗涤性能和流动性。
实验表明，
当
4A
沸石
的液体携带量≥30%时，在洗衣粉生产过程中加入
4A
沸石，可得
到外观效果、流动性和抗结块性能良好的洗涤剂产品。
< br>
4A
沸石还具有很好的抗再沉积能力，
4A
沸石具有良好的油污
附着力，在碳酸钠、羧甲基纤
维素钠（
CMC
）、硅酸钠和硫酸钠等
助剂中加入
4A
沸石后，
可明显减少尼
龙布对油污的吸附。
沸石的
粒度在
0.
4-1.0
μ
m
时，其分散性比较好
，可以有效防止在织物
上附着。虽然
4A
沸石的分散能力不如
STPP
，但通过与聚丙烯酸
钠复配可以解决其对污垢的分散问题。
4A
沸石的应用：
< br>4A
沸石是工业上用量最大的沸石品种之一，其应用十分广泛。
< br>不同的行业，对
4A
沸石的质量要求不一样。其主要用途
有：
1
、日用化工：
（
1
）用作洗涤助剂。
4A
沸石作为洗涤剂助剂的作用，主要是
交换水中的钙、镁离子，使水得到
软化，并防止污垢的再沉积。
目前，
4A
沸石是替代含磷助剂中应用最多和最成熟的产品。
4A
沸石替
代三聚磷酸钠作洗涤助剂，
对解决环境污染有着重大意义。
<
/p>
（
2
）
4A
沸石还可用作香皂的成型剂。
（
3
）
4A
沸石还可用作
牙膏的摩擦剂等。
目前，
在洗涤用品
中
4A
沸石用量是最大的。
作为洗涤用
的
4A
沸石，主要要求其有较高的钙交换能力和较快的交换速率
。
2
、环保行业：
（
1
）
用于污水处理。
4A
沸石可以去除污水中的
NH
< br>3
-N
及
Pb
< br>2+
、
Cu
2+
、
Zn
2+
和
Cd
2+
等。工农业、民用及水产畜牧业排出的污水中
含
有氨态氮，不仅危害鱼类等的生存、污染内养殖环境，而且促进
藻类生长，导致江河湖泊的阻塞。由于
4A
沸石对
NH
4+
有很高的选
择交
换性，已成功应用于该领域。来源于金属矿山、冶炼厂、金
属表面处理和化学工业等部门
排放的污水，其中所含重金属离子
对人体危害极大。用
4A
沸石处理这些污水，除保证水质合格外，
还能回收重金属。
作为污水处理用的
4A
沸石，
由于要尽可能地将污水中的有害
离子去除，因此，需要
结晶度比较高的产品。
（
2
）改善饮水质量。利用沸石的离子交换性能和吸附性能，
利用循环系统使
海水谈化、硬水软化，并选择性地除去或降低某
些饮用水源中对人体有害的元素、细菌、
病毒等。
（
3
）有害气体处理。这方面的应用涵盖工业制气纯化、工业
和生活废气环境治理。
3
、塑料加工：
塑料加工行业，尤其是聚氯乙烯（简称
PVC
< br>）要用到钙
/
锌热
稳定剂，用以
吸收
PVC
加工过程中游离的氯化氢，防止
PVC
降解
（即老化）。
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沸石不仅具有碱性，而且具有多孔的内部结构，
因而能够中和并吸附
PVC
中游离的氯化氢，
能起到防止<
/p>
PVC
老化