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沸石在1756年首先為瑞典礦冶學家克朗斯提(B. Cronstedt)發現,它是一種低密度軟性的礦石,由氧化矽、氧化鋁與鹼在水汽壓力
下作用所形成的結晶性矽鋁酸鹽。結構中含有大約20%的水分,因水分會受熱而失去,溫度降低而再吸收,使得它在水中煮沸時會
冒泡泡,故以希臘語”ZEO”(沸騰)和”litos”(石頭)命名稱為Zeolite (沸石)。沸石屬於多孔性物質,因為具有極高的表面積,而被廣泛的應用作為吸附劑、觸媒及觸媒載體。一般將多孔性物質之孔洞結構區分 為三類:孔徑< 2nm為微孔結構(micropore) ,孔徑在2~50nm範圍之間為中孔結構(mesopore) ,孔徑大於50nm以上的為大孔結構(macropore) 。 沸石結構: 沸石的結構是以矽或鋁氧化物的四面體(SiO4或AlO4)為基本單元,以氧原子連接矽、鋁的四面體而成的三度空間骨架結構。因鋁原子為三價,呈AlO4四面體時,鋁帶負電荷,須仰賴陽離子來中和其電性。因此沸石的結構式可以寫為:Mx/n〔(AlO2)×(SiO2)y〕.Z H2O其中n為陽離子「M」的氧化數,常見的陽離子有鹼金、鹼土、稀土金屬、銨或氫離子。因兩個AlO4四面體無法直接相連,使得x≦y,即沸石的矽/鋁原子數比必須大於或等於1。 沸石骨架結構中含有四、五、六、八、十或十二個四面體構成的環面,形成一定大小的孔洞及管道,使得加熱脫水處理過的沸石能選擇性的吸附大小適當的分子,因此沸石又稱為「分子篩」。孔洞及管道中的陽離子及水分子,由於具有相當的抗動性,使得沸石有離子交換及可逆的吸水脫水特性;同時不同大小的陽離子會使得沸石孔洞的大小、極性隨之改變,分子篩的功用就更富變化。 使用沸石當作固體酸:
固體酸(solid acid) 的概念是來自碳氫化合物和無機酸,例如硫酸或氫氟酸等,會催化一些反應如裂解(cracking),而某些觸媒固
體,如氧化鋁或沸石也有相似的效果,因此稱為固體酸。固體酸的酸基(acid site) 可能是Brönsted型,亦即是質子提供者(proton donor) ,也可能是Lewis型,亦即是電子對接受者(electron pair acceptor)。 |