八面沸石的改型过程的机理实际是沸石
再结晶过程,即是
硅酸盐阳离子骨架再形成的过程。斜发沸石在
NaOH和
NaCl的
水溶液中,固相
晶态的斜发沸石
软化,受到
介质中(OH)-的
催化而发生
解聚,生成沸石结构单元,晶核进一步有序化,生成八面沸石晶体。
八面沸石的化学式为Na(AlSi5O12)·4H2O,立方晶系。对称型2/m,晶体呈片状或板状,集合体呈放射状、毛发状。白色或无色,玻璃光泽,解理平行{010}完全,硬度3.5~4,相对密度2.16。多产于火山岩气孔中,也可以是火山碎屑、火山熔岩的蚀变产物。八面沸石结构比较稳定,是很好的天然分子筛材料。
沸石骨架的最基本结构是由
硅氧四面体及铝氧四面体基本结构单元所构成。在这两种四面体中,
中心原子是
硅(或
铝),每个硅(或铝)
原子周围有四个
氧原子。
氧原子的两个相邻四面体所共用的这种连接方式,称作
氧桥。各个四面体经氧桥互相连接起来后,有的成链状,有的成环状。各种不同的多元环又可以通过氧桥互相连接成具有
三维空间多面体(称为晶穴、
孔穴或
空腔)。由于这种多面体多呈
中空的笼状,所以常称为
笼。在
分子筛的晶体结构中,笼的形式有各种各样,如α笼、β笼、γ笼、八面沸石笼等。其中β笼也称作方钠石笼,实际上它是一个
截角(也称削角)或平切八面体,是将
八面体的六角顶切掉后的形式,共有24个
顶角的十四面体。而截面八面体中有六个四元环、八个六元环。相邻的β笼之间,通过六元环用六个氧桥互相连接,这样连接起来的结构就是八面沸石。
已知的
天然沸石大约有36种,人造沸石已经超过100种。这些沸石矿物种分布数量上极不均衡,且不易鉴别,需借助X射线、
光学显微镜、差热、红外光谱等方法确定。
(1)钡沸石作为离子交换材料:通过沸石提供的2Na+来交换Ca2+,使得原来含Ca较高的硬水软化,也可以淡化海水或从海水中提取K,可用于废水处理,除去废水中的放射性元素、重金属离子和氨态氮(NH3-N)及磷酸根等有害离子。据研究,通过熔化沸石可将Cs、Sr长久固定在沸石晶格里,以防止污染扩散,甚至可以回收使用。
(2)钡沸石作为分子筛:当加热时,笼和通道中的水分子逐渐逸出,并不破坏晶体结构,在适当条件下还可以重新吸收水分,这种形式的水叫做沸石水。利用沸石的分子筛性可分离混合气体、液体,清除废气,处理天然气等,还可以用于土壤的改良,即将营养料吸附于沸石晶格中不易于流失而只被作物缓慢吸收。
此外,也可以用于水泥、建材工业上,制成坚固轻巧的制品。还可以用
离子交换法对沸石进行改型,使之改型成为Ca型、K型、Na型等,以适用于不同的工业应用。