4A沸石的性质及其应用

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1、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”(zeolite)。1932年，McBain提出了“分子筛”(molecularsieves)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

2、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方结构，其化学式为Na2O·Al2O3·2SiO2·4.5H2O，其内部孔径为4.2埃，因此简

3、称其为4A沸石。当4A沸石分子筛中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，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

4、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Ca2+和Mg2+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，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Pb2+、Cd2+、Hg2+等很容易的快速除去，对净化水质有着十分重要的意义。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%的4A沸石中加入1

5、0%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。4A沸石还具有很好的抗再沉积能力，4A沸石具有良好

6、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0.4-1.0μm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：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。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

7、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。（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NH3-N及Pb2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+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NH4+有很高的选择交换性，已成功应用于该领域。来源于金属矿

8、山、冶炼厂