天然沸石手册

沸石一词来源于希腊语，意为沸腾的石头，它最初是由一位名叫克朗斯特德的瑞典矿物学家于18世纪创造的。一个沸石是一种笼状结构的结晶铝硅酸盐。天然沸石混合物采矿相对简单，成本相对较低，分布在世界各地结合其独特的物理化学性质，它们成为最重要的矿物。沸石类包括40多种天然存在的物种，其中一些是它们很罕见，都很漂亮，有着不同的复杂性和独特的水晶习性。

在20世纪，特别是从1930年到1970年，合成沸石用于大多数商业应用。逐渐地，由于发现了大量矿床在全球范围内，价格低廉，在多种应用中性能良好，自然沸石进入市场。天然沸石的应用包括全球众多企业家越来越关注产品以及基于这些非凡材料的技术。因此，有一个世界范围内天然沸石产量和消费量增加的趋势进行技术研究，重点开发高附加值的新产品值。本章并不旨在为以下方面制定规则或提供强有力的指导参与商业化的企业家和科学家的决定和行动使用天然沸石的项目，但提出一些问题进行头脑风暴提供一些关于沸石商业迷人世界的见解。

沸石是蚀变火山碎屑岩中的主要矿物成分年龄和构成上的差异。它们主要由火山玻璃蚀变形成地球化学和温度变化下的各种地质环境条件。建议的沸石矿床成因模型包括风化、成岩作用在开放或封闭水文系统、低温热液系统、初级岩浆环境和撞击坑。最常见的沸石种类可能出现在可开采矿床中，包括斜发沸石-辉绿岩、丝光沸石、辉绿岩，方琴和菲利普斯特。可开采沸石矿床在许多国家普遍存在全球范围内。世界天然沸石年产量基本保持不变在过去的10年里大约有300万吨。尽管有几个大型高品位沸石矿床目前正在运营中，并对其适用性进行了大量研究沸石材料在各种应用中都得到了开展，每年的大部分时间沸石生产用于大规模低价值应用，如火山灰水泥和轻质骨料。

沸石是碱性和碱性的结晶水合铝硅酸盐具有无限三维结构的地球阳离子。沸石以多种形式出现地质环境，主要是自生矿物蚀变，低温变质岩系中的压力矿物、风化带中的次生矿物，或在静脉中。沉积岩中通常存在九种沸石：方沸石、杂砂岩、，斜发沸石、方解石、铁闪石、钙铝榴石、浊沸石、丝光沸石和十字石。方沸石和斜发沸石最为丰富。商业沸石矿物潜力仅限于五种：辉绿岩、斜发沸石、亚硝酸盐、丝光沸石和十字石。沸石最重要的性质是：离子交换、吸附、脱水和补液。这些特性取决于每个晶体的特定晶体结构种类、骨架和阳离子组成。在表征沸石材料在商业用途中，量化其他物理和化学特性非常重要。这个以下是通常需要的物理和化学特性及测试：阳离子交换容量（CEC）、比重和体积密度、亮度、，白度和颜色、水化/脱水测试、气体吸附、水中磨耗，表面积（内部和外部）。

沸石可以想象成一座房子，其结构（门、窗、，墙壁和屋顶）实际上是沸石，而家具和人则是水、氨以及其他可以进出结构的分子和离子。链状的这些结构就像高线塔的塔楼。片状结构可以看起来像是大型办公楼，床单类似于地板，很少地板之间的墙。框架结构就像有同样坚固墙壁的房子和地板。所有这些结构仍然是框架。这些变化使沸石群体非常多样化，习惯非常明智。否则，沸石通常较软至中等坚硬，密度轻，透明到半透明，起源相似。大约有45个沸石集团公认成员的天然矿物。在本章中介绍了沸石的主要理化性质及其相关结构。从这个角度来看，有三大类沸石：钠沸石组、钙芒硝组和辉绿岩组。对于每个沸石系列表示成员及其属性。

沸石是微孔铝硅酸盐矿物，通常用作商用吸附剂。沸石也在沉积后环境中结晶在浅海盆地中，周期从数千年到数百万年不等。自然出现的沸石很少是纯的，并且受到其他沸石不同程度的污染矿物、金属、石英或其他沸石。因此，天然沸石被排除在许多重要的商业应用之外纯度至关重要。沸石已被证明是多种有用的催化剂反应，从酸到碱和氧化还原催化。

沸石是具有高度规则结构的微孔晶体矿物通常由H占据的孔隙和腔室₂O分子和框架外阳离子它们通常是可交换的。不同的沸石在孔径和这些孔的形状和相互连接的方式。在本章中介绍了天然沸石的骨架和孔隙度。

迄今为止，各种吸附剂已被用于固定受污染的土壤和水。通过添加天然和合成改良剂，如碱性材料、磷酸盐矿物、铁和锰氢氧化物、铝硅酸盐和沸石。由于独特的结构，高阳离子交换容量大，成本低，可用性广，沸石可能是最重要的与许多有机离子特别是无机离子相互作用的有前途的材料受污染的土壤和水。在土壤和水污染及修复领域，吸附和解吸对污染物的迁移和有效性起着关键作用。分子筛对污染物的吸附一直是人们研究的热点。然而，沸石矿物中污染物的解吸行为仍知之甚少。对于几种污染物的解吸途径不同于吸附途径。这个这种现象被称为滞后现象。环境吸附剂的吸附滞后as沸石对污染物的迁移和生物有效性具有重要意义。

天然沸石的预处理涵盖了广泛的改性技术将多种产品引入各种应用领域。一种非常常见的预处理类型用于生产用于离子交换应用和特别是用于从水溶液中去除阳离子。在这些情况下，预处理旨在去除材料结构中的某些离子，并更容易定位可拆卸的，在任何离子交换应用之前。实际上，任何预处理操作是指单个阳离子含量的增加，即所谓的均离子形式。沸石的最终均离子或近均离子状态改善了离子交换应用中的有效交换容量和性能。

在本章中，我们将讨论沸石。第一种方法是附着长链表面活性剂分子能够吸附阴离子和非极性物质。第二种方法称为硅烷化，利用沸石表面的硅醇基团形成疏水材料。

分子筛已经被认识了200多年，但只是在20世纪吸引了科学家和工程师的注意，他们展示了在几个领域的技术重要性。虽然大部分工作都致力于合成沸石，近年来越来越受到人们的关注，天然沸石的地位从博物馆的好奇变成了重要的矿物商品。天然沸石形成构造硅酸盐矿物亚类的相应组，由于其特殊的晶体化学性质提供独特离子交换和分子筛特性的特性称为有效的吸附剂和催化剂。沸石在脱水和脱水条件下都是高度刚性的各种攻击性环境行为。分子筛和其他物理化学性质分子筛的化学成分可以通过热处理或化学处理来控制。这些功能提供了这些材料在工业、农业、医药和环境中的有效和广泛利用保护和其他领域。天然沸石的合成类似物通常用于不同的工艺流程，以及受地下位置限制的低产出价格世界各地大量的天然沸石矿床使它们更容易用于广泛的利用。斜发沸石（或丝光沸石、辉绿岩、十字石等）凝灰岩，与火山建造有关。

目前，出现了一场涉及清洁能源获取的快速危机由于工业向环境。工业废水流含有多种污染物有毒的阳离子和阴离子物种，对剧毒的有机化合物对人类和环境都非常有害。因此，小说的发展，高效、廉价的污水净化技术，土壤和空气是必不可少的。在各种技术中开发用于处理环境中的污染区域；基于吸附的过程被认为是最简单有效的技术，在很大程度上取决于高效吸附剂的开发。通常，基于沸石材料的吸附剂已知对人类健康和环境福祉是安全的。迄今为止，已开发出许多沸石基产品来降解重金属和环境甚至人体内的有机毒素。在本文中，一些天然沸石潜在应用的最新成就；尤其它们的表面修饰形式用于去除阴离子、阳离子和有机污染物将讨论受污染的水和土壤。

本章的范围是对最近的研究进行回顾涉及天然沸石与有机蒸汽或气体，以简单而全面的方式。时间范围书目检索设定在20年前。改性天然沸石也已被包括，因为天然在使用之前，通常认为出现的材料是必不可少的。

污泥有三种：市政处理厂的污水污泥，从化粪池泵送的隔泥和工业污泥。三者都在增长在这个国家和全世界的管理问题。与相关的问题污水污泥的处置和处理仍然是废物行业和世界各地有很多研究。污泥存在严重问题，如重金属、氮、磷、病原体、有机物等由于潜在的毒性，特别是重度毒性，有必要控制献祭像铬、镉、铜、铅、锌、镉、汞、钴、镍等金属。天然沸石是受欢迎的捕收剂用矿物和工业及其他重要矿物组目的。由于沸石的阳离子性，沸石的利用在过去十年中变得很普遍交换和分子筛特性。沸石有许多用途。他们可以执行离子交换、过滤、除臭、化学筛分和气体吸收任务。许多研究人员研究了天然沸石在污水处理中的几种应用他们发现最终产品具有优良的特性。这个本章介绍了沸石在污水污泥和其他处理中的应用。

在本章中，天然沸石（斜发沸石）在医学应用中的应用已审核。沸石已被用作动物营养的饲料添加剂预防某些疾病和改善动物的健康状况。饮食沸石的使用已被证明可以隔离真菌毒素并减少其从胃肠道。还报道了沸石对黄曲霉中毒的有益作用。已发表文献中报告的研究数据提供了可以使用它们的证据用于预防奶牛的奶热和酮症。它们对胃肠道的影响报告了感染情况，更具体地说，它们被用作抗腹泻药物它们的抗酸活性。此外，一些研究报告了其作为载体和释放剂的用途活性成分，这可以用于抗痤疮治疗。它们还用作抗癌治疗中的佐剂。当以粉末形式外敷时，沸石还具有被发现可以加快伤口愈合。最后，据报道，它们可以用作抗菌材料。还应该注意的是，一些研究报告了它们的无毒性以及在动物营养中使用的安全性。

新的C-C键形成过程对有机合成至关重要。随着新C-C键的形成，反应的应用领域有随着世界各地经济分支的发展不断发展。因此，从石油、煤炭和天然气等原材料出发获得了可用于制备多种合成产品的有机化合物例如：药物、染料、杀虫剂、化妆品、洗涤剂等。这种转变是可能的由于有机化学的发展，特别是合成化学的发展可以转换结构并创建新的C-C债券。其中大多数反应通过反应中间体的机制进行。在本章羰基化合物的缩合反应及相应的反应简要介绍了反应机理。为了改进产生的产物（比反应速率增加，副产物最小化，直接指向最终产物的反应等）均相的存在或非均相催化剂是非常必要的。在众多催化过程中基于多相催化中羟醛缩合的C-C键形成是最重要的是经过深入研究。合成催化剂通常用于本章第二节描述了反应过程，其中给出了酸碱催化机理。除了合成催化剂天然沸石作为低碳高效催化剂的优势值得一提价格。本章最后两节的材料主要集中在沸石火山凝灰岩及其在羟醛中的性能研究和测试乙醛与甲醛的缩合反应。

太阳能是由太阳光线产生的能量，被认为是第一，如果不是地球上最环保的能源。储能是当前太阳能应用的关键问题之一研究。由于分子筛的结构，它们能够储存太阳能并被显示出来由于它们能够在不损坏结构的情况下吸附/解吸水。基于吸附/解吸的热能储存方法的巨大优势过程包括储存热能的可能性，甚至可以储存很长时间。沸石满足了高可用性和低成本的要求。

1995年，在保加利亚索非亚举行的1995年沸石会议期间，Ivanova等人。，将他们关于天然沸石在空间应用中的应用的论文命名为“沸石”太空花园”。本章介绍了太空中天然沸石的主题在地外环境中的应用和发生。本章专用致弗雷德里克·蒙普顿和罗伯特·鲍曼，我有幸2002年在希腊塞萨洛尼基举行的第六届国际会议期间天然沸石的产状、性质和利用。我希望花园在太空中向他们敞开心扉。

瑞典对用于改良的沸石进行了十年的学术研究本文介绍了分散式生活污水处理中营养物质的回收。尤其是厕所废水的源头分离系统（尿液分离）自20世纪80年代末在北欧开发，并采用可持续的营养利用方式测试和引入再利用的目的不仅仅是为了关闭营养循环和使其安全，同时也关闭了当地的水循环。这样，可持续营养水资源管理也大大有助于解决诸如富营养化、卫生问题、有机和无机有毒水污染污染物、内分泌干扰物、药物残留等。然而，源分离和单独处理厕所垃圾并非没有问题：收集、储存和处理人类排泄物、农民对营养物质的运输和接受、传播和农场管理还没有充分发展。满足几乎所有上述要求使用沸石和沸石的问题、新的、简单的和稳健的技术形成是从人体中回收营养物质（如N、P、K、Ca、Mg、S）的主要步骤排泄物（尤其是尿液）并将其转化为固体、易于管理的肥料成为一个真正的选择。沸石（尤其是斜发沸石）在养分（N）中的中心作用和P）从分离的人类尿液中回收是本报告的重点。结果清楚地表明沸石的质量、晶粒度和离子强度溶液（尿液）会影响这个过程。沸石与鸟粪石结合的氮吸收沉淀（尿中添加MgO）可以回收64-80%的N和100%的P实验室测试。从新鲜和储存的人类尿液中回收氮是一个复杂的过程这一过程受到MgO和沸石添加量的影响。MgO有助于尿液中铵态氮吸收量约为10%的鸟粪石形成和添加沸石可以离子交换其余部分。在一定程度上，通过氧化镁回收磷沸石吸附少量磷也可能影响其添加量结构部位（含水氧化物）。氮磷的最佳组合回收发生在每升储存和稀释的添加浓度为0.1 g MgO和15-30 g沸石尿液中氮和磷的初始浓度。中的更改pH和剩余上清液对大型瑞香的急性毒性表明沸石与中性到强接触时的一些两性行为基本解决方案。在毒性测试中，沸石本身显示无毒。短期小麦和大麦的气候室试验表明从尿液中回收，作为沸石鸟粪石矿物混合物（ZSM），并适量使用作为良好的营养源，完全可与磷酸二铵（DAP）媲美和CaP（单磷酸钙）缓释商业肥料。

这篇综述文章强调了吸附和离子的特征为环境净化过程交换材料，特别是水净化，重点介绍该领域的最新发展，尤其是高性价比有机-无机物的合成与制造（混合）沸石基吸附剂。一种有机-无机复合吸附剂也被称为混合材料，在此可以定义为固定在无机物（如沸石载体）表面的聚合物同时利用沸石和聚合物成分的优点。因此，杂交可用于修饰有机或无机材料，杂交应因此被认为是新一代复合材料，可能包括多种应用。无机离子交换材料向杂化材料的转化纤维或纳米级离子交换器被认为是这方面的最新发展纪律。这些纳米材料因其高度的对环境具有短扩散路径的吸附效率和速率污染物。纳米科学和工程的进步提供了前所未有的开发更具成本效益和环境可接受的水的机会净化过程。用于水净化，除含金属纳米颗粒、碳材料和树枝状大分子，以及沸石被评为最先进的功能性和纳米材料一千年。鉴于天然沸石沸石被认为是一种极具潜力的商品始于20世纪60年代末。沸石独特的市场地位正在不断提高离子交换和吸附性能的发展，特别是通过它们的表面处理。沸石晶体结构是独特的，与硅胶或传统活性炭吸附剂，孔径分布均匀。此分发根据分子筛的相对尺寸限制沸石微孔的填充量沸石内外的吸附质及其溶剂化状态。介孔有机硅石（MOS），通过它，所使用的表面活性剂胶束和最终骨架通常是无定形的，最近吸引了对分析色谱、制备色谱和有机污染物的极大兴趣也可以进行拆卸。尽管最近MOS有许多进步的特点沸石，这种潜在的吸附剂不具有形状选择性，如结晶沸石的分子筛效应是水热不稳定、脆弱和目前用于大规模技术应用的成本仍然太高。实验室设置是还用于检查单原子和多原子单原子或多原子双原子的吸收带电阴离子，如铬酸盐、砷酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、卤化物和一些有机物质，如偶氮染料（酸性红、靛蓝胭脂红）和苯酚十八烷基铵（以下简称ODA）改性的水模型溶液，碳化或藻酸盐颗粒斜发沸石。系统的吸附等温线所研究的通常是根据吸附来表示和数学拟合的Freundlich、Langmuir、Brunauer-Emmet-Teller的等温线模型。拆卸表面功能化斜发沸石对水上污染物的处理效率与其他低成本天然或商业吸附剂进行比较和评估，分别是活性炭、热解炭、褐煤和膨胀珍珠岩。

作为离子交换剂的含碳亚麻酸凝灰岩在水中起着重要作用净化。确定最佳方案的最短科学方法条件或预测离子交换过程的结果取决于数学吸附和再生阶段的建模。离子交换理论动力学已经开发出来，并用于技术任务的建模和计算离子交换树脂。一组用于动态离子交换任务的解决方案是创建于沃纳德斯基研究所吸附方法实验室。离子天然沸石上的交换-斜发沸石具有以下特征特征，特别是两阶段粒子扩散动力学。使用的可能性离子交换模型和计算中吸附动力学的可用解对天然沸石的制备工艺进行了评价。结果表明，可用的如果目标组分的吸附被描述为线性或近似线性等温线。已知理论解的应用实例吸附动力学在离子交换过程模拟计算中的应用本文介绍斜发沸石。某些技术的突破时间还计算了斜发沸石滤光片。

环境污染，特别是在非常低的浓度下，是非常困难的从被污染的介质中清除。通过相对便宜的方式进行吸附沸石等天然吸附剂可以被认为是一种经济有效的替代品对此类污染溪流的处理。独特的化学和结构特征天然沸石使其成为多种环境的潜在材料需要材料进行有效结合、吸附和过滤的应用本章介绍了一些商用环境处理技术基于对天然沸石材料的利用进行了探讨。

此处提供的信息侧重于可持续商业利用天然沸石。具体涵盖的主题包括：；（i） 将这种天然矿物用于污染场地的修复和溢出物的清理，（ii）处理和处理考虑到最近的气候变化政策，动物/农业废弃物，（iii）管理废水处理厂污泥，以形成有价值的产品防止危险废物的形成。废沸石的再利用及未来趋势就其商业用途而言，还讨论了潜在的局限性。

天然和合成沸石已被广泛研究适用于全球许多不同的环境应用。他们的通道、空腔和保持架的独特结构导致了较大的内表面可用于各种反应，也可用于保护，改善和修复土壤质量。土壤是自然的关键组成部分生态系统和环境可持续性在很大程度上取决于可持续的土壤生态系统。与其他环境隔间（如大气、水）不同，污染物具有较长的在土壤中的停留时间，同时土壤的整体退化或最终破坏/坍塌系统及其生态系统可能在其开始多年后出现退化。这是因为它可以作为过滤器和天然生物降解剂，用于许多有机和无机元素及化合物，但其能力可能会耗尽由于不断处理多余的营养素、有害和有毒化合物。许多土壤迄今为止，已开发并应用了修复技术；其中一些包括使用天然沸石，主要是斜发沸石。然而，关于已获得其作为土壤改良剂用于修复目的的适用性通过实验室实验和小型现场应用。无论它们在土壤污染实际问题上的应用（除了在切尔诺贝利灾难），有大量的研究工作涉及沸石的潜力包括在土壤修复的有效和高效修正清单中。一些这些研究中，有一项是在本综述工作中提出的，目的是为了，而不是覆盖整个文献，但为沸石在土壤中的有效性提供代表性数据和证据补救措施。此外，还提供了斜发沸石用作土壤改良剂的结果保护和改善因橄榄油磨坊处置而退化的土壤质量废物，来自欧洲LIFE项目资助的一项研究。本研究该领域被认为是高度创新的，因为它以前从未被研究过。

天然沸石是世界上丰富而廉价的原料。由于其高度发达的多孔结构，这些材料具有很高的气体容量吸附和分离选择性。在报告中简要介绍了与气体吸附有关的天然沸石及其在气体分离中的应用检验过的。天然沸石具有高吸附性，可用于气体干燥水的容量。它们也可用于天然气和烟气的清洁。

Zeoponic植物生长培养基是由富集沸石组成的培养基交换位点上含有一些植物生长必需营养素的底物。除了可交换的阳离子外，基质通常还含有少量的提供必需缓冲离子和微量营养素的其他固相矿物。到目前为止，已经开发出了各种类型的功能系统。在这些系统中，沸石提供K和NH4，磷灰石提供Ca、P、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl和其他含钙矿物，如方解石和白云石，提供补充钙和镁，几乎不需要或不需要向该系统提供营养元素。事实上，这些系统的作用类似于缓释肥料，逐渐提供所需的植物生长的必需元素。到目前为止，不同类型的功能系统已经美国国家航空航天局（NASA）研究人员在开发和修改这些系统方面发挥了关键作用。现在本章介绍了功能系统的一些特性、优点和缺点。

斜发沸石{（Na，K，Ca）2-3Al3（Al，Si）2Si13O36-12H2O，水合钠钾钙铝硅酸盐}可能不是最广为人知的，但它是其中之一最有用的天然沸石。斜发沸石用于许多应用，例如化学筛、气体吸收器、饲料添加剂或食品添加剂、气味控制剂用作市政和住宅饮用水和水族馆的滤水器。斜发沸石由于其巨大的孔隙空间，非常适合这些应用，高耐极端温度和化学中性基本结构。什么食品和饲料添加剂可能会让许多人感到奇怪。斜发沸石已用于几年前，用作奶牛、猪、马和鸡的饲料添加剂。它吸收了饲料中由霉菌和微小寄生虫产生的毒素这些动物对食物的吸收。在实际人群中也有类似用途的食品正在测试中。沸石很容易从空气和水中吸收氨和其他有毒气体，因此可用于过滤器，既可用于健康，也可用于除臭。沸石能保存吗食物？答案是肯定的。本章介绍了对在一些食品工业活动中植入沸石。

介绍了天然沸石在建筑业中的应用。沸石凝灰岩数千年来一直被用作轻质耐用的尺寸石。从20世纪末开始，天然沸石在建筑中得到了大量应用材料：在水泥制造中，在粘土-水泥混合物中，在稳定剂中水泥制造，用于加气混凝土生产。地质聚合物是一种新的火焰，爆炸建筑材料的耐干组。斜发凝灰岩可用于地质聚合物的生产。

由于经济、环境和技术效益天然沸石在水泥和混凝土中的广泛应用行业。天然沸石在火山灰水泥生产中的应用开始从20世纪头几十年开始，近几十年呈现出不断增长的趋势。天然沸石作为辅助胶结材料在水泥生产中的应用水泥、砂浆和混凝土已在许多研究中进行了研究。一般来说，它是表明使用天然沸石可以提高机械强度以及水泥和混凝土复合材料的耐久性。除了火山灰天然沸石的一些其他特性使其在特殊应用。本章旨在回顾天然沸石的特性以及它们对水泥和混凝土复合材料工程性能的影响。

生活垃圾组分中氮磷最丰富的部分是厕所废水；尤其是尿液。建议实现尿液分离瑞典营养物质的最大回收和再循环。然而，存储，大量尿液的运输，以及传播和卫生方面尿液和粪便处理仍然是实现完整系统的主要障碍效率。鸟粪石沉淀和沸石吸附的十年学术研究旨在解决其中一些问题的技术以及与Split的3年合作Vision Development AB开发并测试了一个商用系统实验室规模和中试工厂。安装的试验装置的一年测试这里展示的是瑞典北部的一栋家庭住宅。试验工厂位于关于鸟粪石沉淀和沸石吸附组合过程。营养丰富在名为SplitBox的装置中获得的最终产品是真空干燥的（完全卫生）干燥过程将分线盒连接到房屋的能量系统，以获得最大能量效率。初步研究表明，厕所垃圾中磷和氮的回收率分别为90-98%和95-98%使用分尿厕所和SplitBox技术，总节能约50%用于家庭运营一年后。