1. 腐殖質與金屬離子之間作用關系
無論是煤炭腐殖質還是其他類型腐殖質，都與金屬離子的絡合作用及離子交換作用有著密切的關系。在環境保護方面，可以利用腐殖質與金屬之間的化學作用，來處理含有重金屬離子的工業廢水和含廢油、染料、農葯、細菌等城市污水。農業上可利用腐殖質來富集土壤中的礦物質成分和微量元素，提高肥力。目前我們發現的地下沉積地層中某些金屬礦床的形成，與腐殖質的特殊化學作用有密切的關系。因此，腐殖酸（或黃腐酸）與金屬離子的相互作用關系的研究是一個十分引人注目，又十分重要的課題。
（一）離子交換
從廣義上講，離子交換是指當一電解質溶液與一不溶性物體相接觸時，因該物體基質上帶有正電荷或負電荷的取代基結合著可以移動的離子，則離子交換作用就可以發生。對於腐殖酸或黃腐酸來說，離子交換作用的進行是通過金屬陽離子與腐殖酸和黃腐酸所形成的大分子陰離子原子團相互作用而發生的。在水溶液中，腐殖酸或黃腐酸中離子交換官能團（如—COOH），可以發生電離：
吐哈盆地鈾有機地球化學研究及侏羅系劃分
電離出來的氫離子可以與溶液中的金屬陽離子進行離子交換，這一離子交換過程可以簡單表示為：
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其中Mn+表示n價金屬離子。一般情況下，離子交換後所生成的「結合體」，如上式中的（FA—COO）nM或（HA—COO）nM均是可以發生電離子離子型基團。目前的觀點，在酸性和中性環境中，腐殖酸或黃腐酸具有羧基型離子交換劑的作用，在鹼性環境中氫離子和苯酚羥基能夠參加離子交換作用。
（二）絡合或螯合反應
經典理論認為，絡合是指由電子供體（配位體，以L表示）的孤電子對，給予電子受體（金屬離子，以H表示），形成帶有共價鍵性質的配位鍵。在金屬絡合物中，一個金屬原子結合了比簡單化合鍵更多的離子或分子。各種配位體中只含有一個可提供電子對的配位原子，如H2O：、：NH3、：CN、：F-等，稱為單齒配位體；如果配位體中含有兩個以上的配位原子，如乙二胺（H2N..—CH2—CH2—N..H2），稱為多齒配位體。單齒配位體以配位鍵與金屬離子結合時，只有一個結合點。若金屬離子的配位數是n，則一個金屬離子可與n個配位體結合，形成MLn型絡合物，如
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由於形成了環狀結構，絡合物的穩定性增高。螯合物的穩定性與成環數目有關。當配位原子相同時，環越多螯合物越穩定；螯合物的穩定性還與螯環的大小有關，一般五員或六員環最為穩定。
1.金屬與腐殖質形成絡合物（螯合物）的本質
腐殖酸和黃腐酸的絡合能力，主要取決於它們的含氧官能團的含量。例如COOH、酚OH和各種C=O基團。還可能包括氨基和亞氨基。腐殖酸或黃腐酸的結構，提供了多種螯合的可能位置。可能在腐殖物質的1，2-二羥基或羥基醌位置上發生絡合作用，腐殖物質中可能有多重配位位置。研究認為，腐殖酸保持Zn至少有三種位置，最不穩定的絡合物據認為是與酚OH和弱酸性COOH聯系在一起；比較穩定的絡合物是包含有強酸性的COOH。雖然強結合Zn只佔總保留量的1%以下，據信其有關位置具有很大的重要性，因為少量的Zn將首先結合為最穩定的絡合物。研究認為，在金屬與黃腐酸的相互作用中有兩種類型的反應，最重要的一種包括有酚OH和COOH基。重要性較差的反應只包括酸度較小的COOH。這個反應是：
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曾應用紅外光譜（IR）技術試圖測定腐殖酸中金屬與羧基結合的離子化程度。分析的基礎是COOH基在1720cm-1處C=O吸收帶當與金屬離子反應時便消失，而新的吸收帶出現在近1600cm-1和1380cm-1處。這些帶分別為COO-結構不對稱和對稱伸縮振盪所形成的。不對稱帶的位置，提供了它的鍵是離子鍵抑或共價鍵的跡象。尤其是當形成共價鍵時，不對稱帶便移向較高的頻率。Stevenson的結論是，對於Cu2+，在添加的金屬離子水平低時形成共價鍵，但當腐殖酸被這種金屬飽和時，離子鍵便逐漸增加。有些IR研究表明，OH、C=O和NH基在COOH基以外亦參與了金屬離子的絡合。Robert 利用核磁共振技術（NMR）研究腐殖酸與金屬離子絡合位置，認為起主要作用的官能團是羧基COOH和羥基OH。在黃腐酸（腐殖酸）與金屬離子相互作用時，通常認為對一價金屬離子可能是離子交換，而對於多價金屬離子則可能既有離子交換又有絡合（或螯合）作用。同離子交換作用一樣，黃腐酸（腐殖酸）分子中的羧基（—COOH）和酚羥基（—OH）也是與金屬離子進行絡合（或螯合）的主要部位（結合點）。特別是鄰苯二甲酸型（即兩個羧基處於芳環的兩個相互相鄰的位置上）的鄰位羧基和水楊酸型（即一個羧基和一個羥基處於芳環的兩個相互相鄰的位置上）的鄰位羧基與酚羥基是發生絡合（或螯合）的主要部位（結合點）：
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另有研究證明醌羰基和鄰位酚羥基結構以及互為鄰位的兩個酚羥基結構也有可能成為金屬離子絡合的部位（結合點）：
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實際上，在分子較大、結構較復雜的黃腐酸（腐殖酸）分子中不會僅存在一種類型的絡合位點，而是幾種類型同時共存，即便是同一類絡合位點，由於所處的化學環境不同，絡合能力也會有所不同。因此，黃腐酸（腐殖酸）對金屬離子的絡合，有可能是多個位點同時發生，而最終得到混合型的金屬絡合物（或螯合物）。但是也並非完全不可控制，如果我們對絡合環境的pH值加以控制，就有可能使得某種類型的絡合成為主要形式。一般認為在中性和酸性環境中（pH=4～7），黃腐酸（腐殖酸）的鄰苯二甲酸型的兩個鄰位羧基易發生絡合（或螯合），其金屬絡合物以下列兩種結合形式為主：
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在鹼性環境中（pH＞7），酚羥基上的氫才能發生解離，使得黃腐酸（腐殖酸）金屬絡合物以另外兩種結合形式為主：
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Schnitzer研究腐殖酸與金屬離子的絡合反應，認為即存在單齒的也存在多齒的絡合。絡合的形式是多樣的，多核絡合物也可能存在，其中一些腐殖酸和黃腐酸與金屬的反應重要類型已經被證實：
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一些金屬離子與腐殖酸絡合物形成腐殖酸鹽的順序是：
腐殖質與金屬離子形成腐殖酸鹽絡合物與 pH 值關系，已有研究證實，他觀察到在Cu2+、Zn2+、Fe3+、Mn2+、Al3+與腐殖酸形成絡合物後，若在酸性介質中，會發生不溶性腐殖酸鹽沉澱。沉澱物中各種金屬含量受pH值影響較大。當pH=1時，所有絡合物完全溶解。
2.腐殖酸鹽或黃腐酸鹽絡合物溶解性質
腐殖酸和黃腐酸可與多價金屬離子形成可溶和不溶的絡合物，這種溶解性質決定了在地球化學環境中金屬元素的遷移和金屬沉積礦床的形成。黃腐酸由於其高度酸性和較低的分子量，所以它的金屬絡合物溶解度要遠大於腐殖酸。
實際上，在地球化學環境中，金屬離子與腐殖質之間的作用關系是相互的，一方面金屬離子可與腐殖酸或黃腐酸形成不溶性鹽而發生沉澱；另一方面腐殖質的絡合能力束縛了金屬離子從而影響了腐殖質的溶解特性。當腐殖酸或黃腐酸溶解於水中時，酸性基團就發生解離，由於帶電基團排斥的關系，分子成為伸展的結構。當加入金屬離子時，通過形成鹽而降低電荷，分子便萎縮，因而降低了溶解度。多價陽離子亦具有將各個分子連接起來以形成類似鏈狀結構的潛能。按照Stevenson的理論，腐殖酸的金屬絡合物在低金屬-腐殖酸比率時（鏈中有少數相結合的分子）是可溶的，但是，當鏈狀結構增長而且游離的COOH基通過鹽橋而中和時，便發生沉澱。發生沉澱的條件受離子強度、pH、腐殖酸濃度和金屬陽離子類型等因素的影響。
下面的圖解說明了以上的情況，金屬離子（B）將兩個分子結合在1條鏈中：
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金屬離子與腐殖物質相互作用而被固定，可通過或者形成不溶性絡合物，或者與黏粒表麵包被的腐殖質起固相絡合。通過在黏粒—有機質界面上的直接交換，或通過形成可溶性絡合物後又被礦物表面吸附而連結起來，是可以發生吸著的。有些陽離子將腐殖質絡合物連結到黏粒表面上，其他的占據著邊緣的位置並易與土壤溶液的配位體進行交換。
3.黃腐酸（腐殖酸）與金屬離子絡合作用的研究方法
雖然由於黃腐酸（腐殖酸）都是非均質性的化合物，使其與金屬離子的相互作用不能夠用嚴格的數學術語來描述，也較難於精確量化和解釋。那些在獨立化學體系中定義清楚的概念，如配位體濃度（絡合容量）、穩定常數等，對黃腐酸（腐殖酸）類物質來說就變得意義模糊不清了。然而相關材料信息的積累，卻可以幫助我們描繪出可以用來解釋黃腐酸（腐殖酸）類物質的「平均行為」的簡易方法。在對黃腐酸（腐殖酸）與金屬離子絡合作用的研究中，絡合穩定常數是描述絡合反應最重要的特徵數據。
目前測定黃腐酸（腐殖酸）與金屬離子絡合反應的條件穩定常數已有許多方法，但是都不甚完善。應用最廣泛的要數離子交換法和電化學法。現分別簡單介紹如下：
（1）離子交換平衡法
配位體（L）和金屬離子（B）進行絡合（或螯合）反應，可以用以下平衡式表示為：
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因此絡合物（或螯合物）形成常數或穩定常數是：
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在一金屬離子的溶液中，加入一定的陽離子交換樹脂，達到平衡後，吸附在單位質量樹脂上的金屬摩爾數Mr和溶液中金屬摩爾濃度之比用λ0來表示，則
λ0=Mr/［B］ （6-2）
λ0是可以通過實驗方法進行測定的數值。
保持其他條件不改變，只是加入了配位體L，此時達到一新的平衡，單位質量樹脂上吸附的金屬摩爾數Mr和溶液中游離金屬離子加絡合物濃度之和的比用λ來表示，即：
λ=Mr/（［B］+［BLn］） （6-3）
將式（6-2）與式（6-3）聯立可得：
［BLn］=Mr/λ Mr/λ0 （6-4）
現將式（6-4）和式（6-2）代入式（6-1）可得：
K=（λ0/λ-1）/［L］n（6-5）
或
lg（λ0/λ-1）=lgK +nlg［L］ （6-6）
如果以lg（λ0/λ-1）對lg［L］作圖，則縱坐標的截距就是lgK，斜率即為n值，從而就可以求得絡合穩定常數K值。
這一方法只適用於單核絡合物，即BLn型的絡合物，n必須是等於1或大於1的整數。
（2）陽極溶出伏安法（ASV）
陽極溶出伏安法（ASV）是一個極化微電極上利用控制一定的電極電位——預電解位，另一個電極為工作電極。使水溶液中的金屬離子有選擇地在電極上被還原生成金屬，經過一定時間的預電解電極上積累了一定濃度，然後用各類極譜儀記錄金屬氧化生成離子（稱陽極溶出）所產生的電流-電壓曲線圖。溶出峰電流Ip與被測定離子濃度［B］之間的比例關系簡單地表示為：
Ip=k［B］
上式中k的含義與實驗條件和儀器參數有關，可以由滴入已知濃度c（B）的標准金屬溶液與測定出的峰電流值之間的關系曲線的斜率算出。
如果溶液中存在可與金屬反應生成絡合物的有機配位體L（如黃腐酸和腐殖質），則有絡合反應：
mB +nL==BmLn
k=［BmLn/［Bm］［L］n
式中［B］、［L］——分別是游離金屬離子和游離配位體的濃度；［MmLn］——絡合物的濃度；m，n——配比系數；k——絡合物生成的條件穩定常數。
對於黃腐酸和腐殖質這樣結構不確定的有機配位體，只能考慮平均的總的條件穩定常數，以1：1配比求取的條件穩定常數可簡化為：
k=［BL］/［B］［L］
式中絡合物的濃度相當於已結合金屬的濃度，即
［BL］=cB［B］
已結合的配位體濃度也與已結合金屬的濃度相等。而游離配位體濃度［L］則等於總配位體濃度［L0］與已結合配位體濃度之差：
［B］=［L0］（cB［B］）
可得下式：
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既然游離金屬離子濃度與結合金屬濃度之比［B］/cB［B］對游離金屬濃度［B］作圖，可以獲得一條直線，從直線斜率B和截距A就可以求得絡合反應的條件穩定局勢常數：k=B/A。
陽極溶出伏安法（ASV）所得金屬濃度不單是游離金屬離子，而是電化學不安定態的金屬，既包括穩定常數較小的弱絡合物，也包括動力學上迅速解離的絡合物。此法測定腐殖質以及結構不明的天然有機物與金屬絡合物的總平均條件穩定常數是一個較實用的可靠方法。
（三）還原反應
腐殖質中含有相當可觀的自由基（free radicals），它屬於半醌基結構，既能氧化成醌又能還原成酚，因此他們是電子的給體也是受體。腐殖酸中的半醌基比黃腐酸中佔有更重要位置。這些自由基可以是永久性的組成部分，也可以是相對暫時性的組成部分。它受pH變化的化學反應、或輻射等因素影響而產生。自由基可以有幾分鍾的或幾小時的存在時間，這些自由基的存在，對地球化學環境中的一些聚合或氧化還原反應起著重要作用。腐殖質可以以還原電位+0.5～0.7eV還原許多金屬離子，這對可還原金屬的遷移有很大的影響。
腐殖質能還原某些氧化態的金屬離子，最典型的情況是Fe3+還原為Fe2+，據研究腐殖酸可以還原Fe3+為Fe2+，而且在pH=3的條件下，腐殖酸對 Fe3+還原作用最強。Szalay（1982）實驗證實，腐殖酸可還原流動的偏釩酸陰離子（
2. 請問edi高純水設備原理是什麼如何選擇工業使用的edi高純水設備
EDI超純水設備也被稱為連續電除鹽技術,是利用混和離子交換樹脂吸附水中的陰陽離子，同時這些被吸附的離子又在直流電壓的作用下，分別透過陰陽離子交換膜而被除去的過程。EDI超純水設備在這一過程中，離子交換樹脂是電連續再生的，因此不需要使用酸和鹼對之再生。這一新技術可以替代傳統的離子交換設備，生產出高達18兆歐的超純水。佰源水處理小編為您清晰地描述如下：EDI是利用陰、陽離子膜，採用對稱堆放的形式，在陰、陽離子膜中間夾著陰、陽離子樹脂，分別在直流電壓的作用下，進行陰、陽離子交換。而同時在電壓梯度的作用下，水會發生電解產生大量H+和OH-，這些H+和OH-對離子膜中間的陰、陽離子不斷地進行了再生。由於EDI不停進行交換——再生，使得純水度越來越高，所以，輕而易舉的產生了高純度的高純水。
3. 離子膜有哪些類,各有什麼特點
管式膜主要應用於管式膜組件
管式膜組件結構簡單、適應性強、壓力損失專小、屬透過量大，清洗、安裝方便、可耐高壓，適宜處理高粘度及稠厚液體。但比表面積小，適於微濾和超濾。
中空纖維膜
外形像纖維狀，具有自主支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種，其緻密層可位於纖維的外表面，如反滲透膜，也可位於纖維的內表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說，緻密層位於內表面或外表面均可。
擴散性膜
擴散性膜亦稱「分離膜」。一種具有微細多孔結構的金屬膜片。微孔可限制普通氣流，而容許擴散流通過，因此可以利用質量差異來進行同位素分離。它的研製是氣體擴散廠的主要技術關鍵。
離子交換膜
•
離子交換膜主要用於荷電物質(通常指電解質)的分離。基本原理是利用陰、陽離子交換膜的選擇透過性來分離或濃縮溶液中的電解質。
選擇性膜
選擇性透過膜是具有活性的生物膜，它對物質的通過既具有半透膜的物理性質，還具有主動的選擇性，如細胞膜。因此，具有選擇透過性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有選擇性透過，活性的生物膜才具有選擇透過性
反滲透膜
納濾膜
超濾膜
微濾膜
4. 一般物理化學性質及工藝性能
一、沸石的一般物理性質
1.孔徑
沸石內部具有大量的均勻的微孔，微孔的體積占沸石晶體體積的50%以上。其孔徑與一般物質的分子大小的數量相當，一般孔穴(籠)為0.6nm～1.5nm，孔道直徑為0.3～1.0nm。而其他幾種多孔性物質，如活性炭、多孔硅膠、活性氧化鋁的孔徑不均勻，從零點幾納米到幾千納米。圖18－20是幾種多孔性物質的孔徑分布情況，從圖中可以看出，只有沸石的孔徑是非常均勻的，其他多孔性物質的孔徑分布有一個較寬的范圍。
圖18－20 幾種多孔性物質孔徑分布圖
2.晶穴(籠)體積
沸石具有蓬鬆的骨架結構，晶穴體積約占總體積的50%，根據沸石的晶體結構可以計算晶胞體積和晶穴體積。沸石的晶體結構中，有不同的晶穴。例如A型沸石有兩種晶穴(籠):α籠和β籠，α籠的大小為1.14nm(對內接的球)，r=0.57nm，Vα=4πr3/3=4×3.14×5.73/3=0.7757nm3，β籠的大小為0.66nm(對內接的球)，r=0.33nm，Vβ=4πr3/3=4×3.14×3.33/3=0.150nm3，Vα+Vβ=0.926nm3，一個A型沸石晶胞的體積為VA=α30=1.816nm3，孔穴率VA/(Vα+Vβ)=926/1816=49.5%。
也可以利用某種吸附質在飽和蒸氣壓P=P0時的飽和吸附量以下式計算:
非金屬礦產加工與開發利用
式中:da———液體吸附量的比重，g/mL;
Xs———飽和吸附量，g/1g沸石;
Vp———晶穴體積，mL/g。
例如:吸附質為H2O時，25℃時的飽和蒸氣壓為25mmHg(24g/m3)的吸附量為0.289g/1g沸石，dw=1g/ml，Vw=Xw/dw=0.289/1g沸石/1g/mL=0.289mL/g(即1克沸石在此條件下的吸附的水所佔的體積)。
孔隙率ρt:1克沸石吸附的水的體積Vw/1克沸石的體積VZ。
非金屬礦產加工與開發利用
dz=1.54g/mL，為4A型沸石的脫水密度。一個A型沸石晶胞的晶穴體積:Vρ=ρt·V=44.5%×Vp=P*·V×1.861=0.828nm3。
按α籠和β籠的大小計算的體積為0.926nm3，較吸附質測量結果稍大，利用水作吸附質得X、Y型沸石的晶穴體積為0.355mL/g。一般地，加入黏結劑成型後的合成沸石，孔穴體積稍有減少。4A型沸石成型顆粒的孔穴體積為0.231mL/g。5A型沸石成型顆粒的孔穴體積為0.244mL/g，NaX型沸石成型顆粒孔穴體積為0.80mL/g。
3.表面積
與其他多孔性物質相比，沸石具有很大的總表面積，這些表面積主要存在於晶穴的內部。外表面積僅占總表面積的1%左右。將沸石的顆粒視為立方體，立方體的邊長等於平均顆粒的大小。例如，將脫水的4A型沸石當成邊長為1μm的立方體顆粒，1個顆粒的體積為1μm3=10－12cm3，4A型沸石的脫水後的密度為1.54g/mL，比容則為:1/1.54=0.65cm3/g，1g沸石含有的1μm的顆粒為:
0.65/10－12=6.5×1011(顆/g)
一個1μm顆粒的表面積為6×10－8cm2=6×10－12m2，則1克沸石的外表面積為:
6.5×1011×6×10－12m2=3.98m2。
4A型沸石的內表面積的計算:
4A型沸石的晶胞參數為:α0=1.23nm，每個晶胞中含有一個α籠，α籠可近似地被看成球形，直徑為1.14nm，若略去β籠不計，一個α的內表面積為:
4πr2=4π(1.14/2)2=4.0nm2，一個晶胞中含有一個Na12［Al12Si12O48］·27H2O分子，分子量為2190，1摩爾的任何物質含有6.02×1023個分子，重量以克為單位，與分子量相同，1克這種物質含有的分子為6.02×1023/2190個，1克這種物質的內表面為:4.0nm2×6.02×1023/2190=1100m2。
實際上，在A型沸石中，八元環為相鄰的兩個α籠的共用。加上晶體不完整，估算的理論內表面積則比實際的內表面積要大些。所以，沸石的表面積主要是指內表面積，常見的多孔性物質及天然礦物的表面積見表18－4。
表18－4 常見的多孔性物質及天然礦物的表面積
4.密度
含水沸石的密度范圍一般為2.0～2.3g/cm3，沸石的密度與沸石的結構和陽離子有關。沸石的密度隨陽離子的分子量增加而增加。交換了Ba的沸石密度可達2.8g/cm3，常見的幾種脫水後的沸石的密度為:4A分子篩為1.54克/cm3，5A沸石為1.57g/cm3，13X分子篩為1.43g/cm3，常見沸石的密度見表18－5。
5.比熱
合成沸石的平均比熱為0.2×4.186J/(g·℃)。
6.穩定性
沸石在水中呈鹼性。達到平衡吸水時的pH值的9～10.5，沸石具有良好的耐酸性和熱穩定性。我國浙江絲光沸石的耐酸性試驗表明:在2N、4N、6N的HCl和王水中，在90℃溫度下處理2小時，晶體結構無破壞，0.1N的NCl中，230℃處理10天，結構均無破壞，當鹽酸濃度達10N時，結構才開始破壞，在強酸中，Si/Al>3的沸石(如絲光沸石Si/Al=5)分解沉澱出SiO2。
沸石的耐熱性能很好，在600～700℃的溫度下晶體結構不發生變化，如絲光沸石加熱至750℃持續10小時，晶體仍部分保持原來的結構，加熱至850℃，持續12小時，晶體結構才開始破壞，斜發沸石一般加熱至650℃持續12小時，結構不變，800℃下持續12小時，結構破壞，熱穩定性僅次於絲光沸石，一般地Si/Al越大，即在組成范圍內，硅含量越高，熱穩定性越好，因此沸石能在較高的溫度條件下使用。
常見沸石的物理性質見表18－5。
表18－5 常見沸石的物理性質
(據中國科學院大連化學物理研究所分子篩組，1978)
二、沸石的吸附性質
一切固體物質表面的原子或分子，與其內部的原子或分子所處的狀態是不同的。在固體物質內部，原子或分子所受到的引力是對稱的，處在力場飽和的平衡狀態，而位於表面的原子或分子，處於不飽和的力場中，所受的力是不對稱的，使其固體表面存在過剩的表面自由能，即表面有吸附力場的存在，這是固體表面對氣體或液體具有吸附作用的原因。這種吸附力作用的范圍較小，一般為0.5nm左右，當被吸附的分子距離力場稍遠時，吸附力就迅速減少。當氣體或液體進入吸附力場作用范圍時就會被吸附，使表面的物質剩餘鍵力抵消，從而降低了固體表面的自由能，固體物質更為穩定。
從理論上講，一切固體物質的表面都具有吸附作用，實際上，只有多孔性能或很細的粉末物質，由於具有很大的比表面積，即有大量的吸附力場的存在，才具有明顯的吸附作用，才能被稱為吸附劑，如活性炭、硅膠、沸石、凹凸棒石、海泡石等。
由於沸石內部具有疏鬆的孔穴、通道、巨大的比表面，強大的飽和力場使其具有優良的吸附性能，而晶穴又較小，那麼流體分子則不能避開這種力場的作用，所以，脫水後的沸石對氣體分子有液化的趨勢，因此對氣體分子的吸附量較大。由於孔穴、通道大小均可固定，和普通分子大小相當，所以只有那些直徑比孔小的分子才能通過孔道被吸附，而直徑大於孔道的分子則不能被吸附，因而具有選擇性吸附的性質。另外，沸石和其他類型的吸附劑相比，在較高的溫度和較低的吸附質分壓下，仍有較高的吸附容量等特點。
1.吸附容量大
脫水沸石，其內部具有很多內表面很大的孔穴，可吸附大量的分子，尤其是對極性分子如H2O，H2S，NH3等或含有極性基團—OH， 的分子以及易極化的分子有很大的吸附容量。這是因為陽離子和帶負電荷的硅鋁氧骨架所構成的沸石，本身是一種極性物質，其中陽離子給出一個強的局部正電場，吸引極性分子的負極中心，或者是通過靜電誘導使易極化分子極化，極性越強的或越易被極化的分子，也就越易被沸石吸附，常見的幾種乾燥劑的吸水能力(相對濕度為6%)見表18－6及表18－7。
表18－6 常見的幾種乾燥劑的吸水能力
表18－7 幾種乾燥劑的吸水能力比值(在不同的相對濕度條件下)
表18－85 A沸石與硅膠吸附能力的比值(25℃，50mmHg)
圖18－21 5A分子篩上的選擇吸附
從表18－6可見，沸石的吸水能力，較硅膠和氧化鋁都高，高氯酸鎂的吸水性能雖強，但它的化學活潑性也太強，可使用的范圍是有限的。沸石在吸水的同時，還可吸附以下的分子:NH3，SO2，CO2等。吸附能力H2O>NH3>H2S>SO2>CO2。
從表18－8中可見，沸石吸附這些分子的能也較硅膠強，這種性質在用沸石處理天然氣時，可同時吸附其中的H2O，CO2，N2S等，使天然氣中CO2含量小於50×10－6，H2S含量小於5.73mg/m3，5A分子篩在25℃，50×133.322Pa壓力下，對H2S的吸附值可達25%。
2.選擇性吸附
沸石的孔穴，孔道大小均勻，固定，和普通分子大小相當，孔穴直徑在0.6～1.5nm，孔道直徑約在0.3～1.0nm，沸石孔徑的大小，決定了可以進入晶穴內部的分子大小，例如，用5A分子篩對正己烷(直徑為0.49nm)和分子直徑大於0.5nm的苯、四氧萘、甲基環己烷的混合物吸附實驗的結果表明:5A分子篩可選擇吸附正己烷分子，而對直徑大於0.5nm的分子幾乎沒有吸附作用，見圖18－21。其他吸附劑，如硅膠、活性炭的孔徑不均勻，對不同大小的分子的吸附幾乎不具選擇性，表18－9是5A沸石、硅膠、活性炭對烴類的吸附情況，從表中可以看出，沸石對不同大小的分子表現出明顯的選擇性吸附。從表18－10可以看出，5A分子篩對醇類分子的吸附也顯出明顯的選擇性。
表18－9 幾種吸附劑對烴類的吸附
表18－10 醇類的吸附
圖18－22 5A分子篩上的吸附等溫線(－75℃)
3.對極性分子的吸附量大
在吸附過程中，沸石的孔徑大小不是唯一的因素，含有極性基團— ，或含可極化的基團 —等的分子，能與沸石表面發生強烈的作用，在極性分子CO和非極性分子Ar的混合氣體中，二者的直徑接近:CO為0.28nm，Ar為0.383nm，都小於0.4nm。沸點也接近:CO為－192℃，Ar為－186℃，但CO為極性分子，而Ar為非極性分子，它們在5A型沸石上的吸附曲線如圖18－22所示，可以看出它對CO的吸附量遠大於Ar。
沸石除具有其特殊性外，也具有一般吸附劑的共性，即吸附量隨著吸附質的沸點增高而增大。如乙烷(0.44nm)沸點－88℃，CO(0.28nm)沸點－192℃，乙烷直徑雖較CO大，但由於乙烷沸點高出很多，沸石對乙烷的吸附能力大於CO，在同一種沸石上，乙烷在25℃、700×133.322Pa條件下，吸附量為10.2%，而CO在0℃、750×133.3Pa時吸附量僅為5.1%，且乙烷是非極性分子，CO為極性分子，這說明在此條件下，吸附質沸點不同所引起的吸附強弱差異超過了極性因素的作用，不能再由極性與非極性分子間的差異決定選擇性了。
沸石對不飽和化合物的分子也有較強的吸附能力，且不飽和度越大，吸附能力也越強，從表18－11可見，沸石較硅膠、活性炭吸附劑有較強的吸附不飽和烴的能力。
表18－11 沸石對不飽和分子的吸附
4.高溫、低分壓下的吸水性好
沸石是高溫吸附劑，圖18－23表示溫度對各種吸附劑平衡吸附量的影響，從圖可以看出，溫度高於室溫時，硅膠和氧化鋁的吸水量迅速下降，超過120℃時，吸附量接近於零，而5A型沸石超過100℃時吸水量還有13%，溫度高達200℃時，仍保留有4%的吸水量，而活性氧化鋁，特別是硅膠，幾乎喪失了吸水能力。
在低水蒸氣分壓下，與硅膠、活性炭相比，沸石仍具有較高的吸水能力。圖18－24是幾種乾燥劑在不同相對濕度時的吸水量。
圖18－23 吸水等壓線(10mmHg)
圖18－24 幾種乾燥劑在25℃時的吸水量
5.吸水後的沸石再生性能好
所謂再生，就是通過加熱使沸石所吸附的水脫去，從而恢復吸附能力，再生溫度越高，脫附就越徹底，一般採用的溫度為200～300℃，過高的再生溫度對沸石的使用壽命有不利的影響，在200℃下，沸石的殘留水量為4.5%，400℃時為1.6%。
三、沸石的離子交換性質
沸石的一個重要性能就是可以進行可逆的陽離子交換，通過離子交換，可以調節晶體內的電場及表面酸性，從而可改變沸石的性質，調節沸石的吸附性和催化特性，例如:將NaA型沸石交換為KA型沸石時，吸氧能力基本消失(O2的直徑為0.28nm)，交換為CaA型沸石時，能吸附丙烷(丙烷直徑為0.49nm)。
離子交換技術
沸石陽離子交換一般是在水溶液中進行，其反應可用下式表示:
A+Z－+B+→B+Z－+A+
式中，Z－為沸石的陽離子骨架，A+為交換前沸石中含有的陽離子，B+為水溶液中的主體陽離子。
常見的天然沸石，如斜發沸石和絲光沸石等都具有很高的陽離子交換容量，斜發沸石的理論交換容量為213mmol/100克，絲光沸石的理論交換容量為223mmol/100克±。
沸石陽離子交換過程中，通常用離子交換度，即交換下來的鈉離子量占沸石中原有陽離子量的百分數，離子交換容量，即每百克沸石中交換的陽離子毫摩爾數(mmol)，以mmol/100克表示。
離子交換技術，一般在水溶液中進行，這種交換方法要求交換上去的金屬陽離子在水溶液中以陽離子(簡單的或結合)狀態存在，水溶液的pH值范圍不應破壞沸石的晶體結構。常用的交換條件:溫度為室溫至100℃，時間數十分鍾到數小時，溶液濃度為0.1～0.2mol。
NaA(4A)型沸石徑Ca2+或K+交換為相應的CaA(5A)或KA(3A)型沸石，NaX(13X)型沸石經Ca2+交換為CaX(10X)型沸石，是水溶液中交換的典型例子。
鹽熔交換法:鹼金屬鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽型都可用來提供陽離子交換的酸鹽溶液，但要求其熔化的溫度必須低於沸石結構破壞溫度。在熔鹽溶液中，除有陽離子交換反應進行外，還有一部分鹽類包藏在沸石的籠內，因此，可形成特殊性能的沸石。
例如:將Li、K、Cs、Ag、Tl等金屬的硝酸鹽和硝酸鈉混合，加熱到330℃與NaA型沸石進行交換，其中Li、Ag及Na的硝酸鹽可包藏到β籠中，因此可以將沸石中的Na+全部交換。非水溶液交換:當所需要交換的金屬處於陰離子中，或者金屬離子是陽離子，但它的鹽不溶於水，或者雖溶於水(AlCl3、FeCl3)，但溶液中呈強酸性，容易破壞沸石骨架等，此時可採用非水溶液中離子交換法，一般使用有機溶劑，如二甲基亞碸［(CH3)2SO］，乙腈(CH3CN)等，配成交換溶液，例:1克PtCl2、溶於100ml二甲基亞碸溶劑中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亞碸的漿液，在65℃下攪拌交換兩天半，用二甲基亞碸洗滌4次，水洗10次，於45℃乾燥5天，343℃焙燒3小時，產品分析結果，含Pt3.8%。
非水溶液交換:當所需要交換的金屬處於陰離子中，或者金屬離子是陽離子，但它的鹽不溶於水，或者雖溶於水(AlCl3、FeCl3)，但溶液中呈強酸性，容易破壞沸石骨架等，此時可採用非水溶液中離子交換法，一般使用有機溶劑，如二甲基亞碸［(CH3)2SO］，乙腈(CH3CN)等，配成交換溶液，例:1克PtCl2、溶於100ml二甲基亞碸溶劑中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亞碸的漿液，在65℃下攪拌交換兩天半，用二甲基亞碸洗滌4次，水洗10次。於45℃乾燥5天，343℃焙燒3小時，產品分析結果，含Pt3.8%。
蒸氣交換法:某些鹽類在較低的溫度下就能升華為氣態，沸石可在這種氣態環境中進行離子交換，如NH4Cl在300℃為氣態，沸石中的Na+可以和NH4Cl蒸氣進行交換。
沸石陽離子交換性能，主要與沸石中的硅鋁比的高低。沸石的孔穴大小，陽離子位置以及陽離子的性質有關。
沸石中的陽離子完全是由於沸石中部分硅被鋁置換後，產生不平衡，電荷較少，格架電荷亦較低，為平衡這些電荷而進入沸石中的。因此它也影響離子的交換。如X型和Y型沸石分子篩，具有相同的晶體結構和陽離子位置，但它的硅鋁比(SiO2/Al2O3)不同，X型為2.1～3.0，Y型為3.1～6.0，所以陽離子數目也不同，單位晶胞中X型含有86個Na+，因此，離子交換性質也有差異，X型分子篩進行離子交換比較容易，而Y型分子篩則比較困難。沸石孔穴的大小直接影響離子交換的進行，如A型分子篩主要孔道直徑約0.42nm，因此凡是直徑小於0.42nm的陽離子都可以取代Na+，鹼金屬K+，Rb+，Cs+，鹼土金屬Ca2+，Sr2+，Ba2+以及貴金屬Ag+，直徑都小於0.42nm，故都可以交換Na+。
沸石的離子交換具選擇性。常見的幾種天然沸石離子交換容量見表18－12。
表18－12 常見的幾種天然沸石離子交換容量 單位:mmol/100g
其中，菱沸石中的陽離子交換選擇性順序如下:
Ti4+>K+>Ag+>Rb+>NH+4>Pb2+>Na+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Li+
多數的一價陽離子優先於二價陽離子交換。
在斜發沸石中，幾種陽離子的交換選擇性能順序為:
K+>NH+4>Na+>Ba2+>Ca2+>Al3+
我國河北省獨石口斜發沸石岩對Cs237的選擇交換容量為0.15～0.25mg/g;方沸石中的Na+易於被Ag+，Ti，Pb等交換。吉林省石堋的方沸石岩，其孔徑0.26nm，方沸石含量30%～50%，小於NH+4離子的直徑(dNH+4=0.28nm)，從而對NH+4交換容量很低，只有0.18～0.54mg/g沸石，但對直徑小於0.26nm的Ca，Cr，Cd具有較高的離子交換容量，日本曾用方沸石除Cu，Cd等離子，效果較好。
經過離子交換後的沸石，其吸附性質，諸如吸附速度、吸附選擇性、吸附容量等都可以發生變化，在大多數情況下，比表面積要變小，這常是由於交換後引起沸石結構破壞所致，經多價陽離子交換後，多數沸石的熱穩定性有所提高，如經稀土金屬離子交換後的Y型沸石有很好的熱和水熱穩定性，這種特性廣泛地利用在沸石的催化劑中。
四、沸石的催化性能
沸石具有排列整齊的晶穴和均勻的孔徑，其晶體骨架是陰離子，因此，就有陽離子平衡電荷，二者構成了沸石的互相依存、不可分割的組成部分，沸石作為整體而言，不同類型的沸石的催化活性有很大的差異。
1960年，美國雷特發現合成沸石的催化性能後，沸石的應用很快擴大到石油化工領域，研究表明，沸石具有良好的催化性能，是有效的催化劑和催化劑載體。
沸石的陽離子骨架類型、孔穴大小、孔道、內外表面積、陽離子種類及交換性與其催化性能有很大的關系。
多相催化反應是在固體的催化劑表面上進行的，催化活性與催化劑的活性表面大小有關。對於沸石，99%以上的表面是在晶穴內，因此，沸石作為催化劑和催化劑載體時，催化反應的進行受著沸石晶穴大小的控制。只有比晶孔小的分子可以出入，所以，沸石催化劑對反應物和產物分子的形狀和大小都表現出很大的選擇性。例:對正乙烷(0.49nm)異相化的異乙烷(0.56nm)用Pd(0.5)－CaY(孔徑約0.9nm)型沸石做催化劑時，其異乙烷的產率為70.3%，當用Pd(0.5)－CaA型沸石(孔徑0.4～0.5nm)做催化劑時，產率為2.4%。
這是因為正乙烷(0.49nm)可以進入CaA型沸石(0.5nm)的晶穴中，同時發生催化和異構化反應，但異構產物(異乙烷0.56nm)不能從沸石晶孔中逸出，在這種情況下，或者是異構物殘留在沸石晶穴內，或者是繼續反應為直鏈烴而逸出，故CaA型沸石上正乙烷催化產物中幾乎不含異構烴，異丁烷/正丁烷<0.05。
當外界條件變化時，如溫度升高，占沸石總表面積百分之一的外表面亦可成為不可忽視的因素，如鈣絲光沸石上的苯加氫生成環乙烷的反應，由於苯(0.68nm)和環乙烷(0.61nm)的分子都大於絲光沸石的孔徑，因此反應只能在沸石的外表面上進行，130℃時，環乙烷產率只有4.2%，溫度升高到200℃後，產率升為37.5%。
陽離子與催化性能有很大的關系
據反應類型的不同，沸石催化劑的活性中心或者位於充滿陽離子的位置上，或者位於脫去陽離子後的空位上，因此，陽離子的性質對催化反應也起重要作用。合成沸石中的陽離子一般也是一價的Na+，它和其他一價陽離子具有相似的催化性能，但通常認為:一價陽離子在沸石中完全中和了負電荷中心，它們在沸石的晶穴中能量是均一的;另一方面，通過實驗表明，鈉型沸石確無酸性中心，因此，一價金屬陽離子沸石在羰離子型反應中，幾乎沒有催化活性，當一價離子被二價或多價金屬離子置換後，才能顯示出靜電場作用或酸性作用。
在沸石催化劑中，大量應用了稀土陽離子沸石催化劑，稀土金屬離子與二價陽離子沸石相比，在催化裂化、芳烴烷基化等羰離子型反應中的催化活性都高於二價的陽離子沸石，且具有較高的熱穩定性和抗水蒸氣性能。
天然沸石一般不能直接用做催化劑，需要用離子交換法將其改為H型沸石才能加以應用。在羰離子型反應中，一般均採用氫型或脫陽離子及多價金屬型沸石做催化劑，而沸石中的陽離子多數為鈉離子，鈉離子的存在對這反應不利，通常用離子交換法把Na2O降至0.3%以下，製成氫型或脫陽離子型沸石，從而顯示出強的羰離子活性。
通常用銨鹽［NH4Cl，(NH4)2SO4、NH4NO3］溶液交換沸石中的鈉離子，銨基型沸石加熱至260℃時，NH+4就開始分解，形成含H+的中間體，這叫氫型沸石，由於H+很小，具有很強的極化能力，可與沸石的晶格生成羥基，在高溫時這些羥基以水的形式脫除，就形成脫陽離子型沸石。過程見圖18－25。結構(Ⅱ)代表銨型，結構(Ⅲ，Ⅳ)代表氫型，結構(Ⅴ)代表脫陽離子型，由於氫型轉變為脫陽離子型沒有截然的分界線，在一般活化溫度范圍內可能是二者的混合物。
對於高硅(Si/Al>5)沸石，如絲光沸石和毛沸石等可直接用酸處理獲得氫型沸石，由X、Y型沸石直接用酸處理，會破壞它的晶體結構。
圖18－25 幾種沸石的轉變過程示意圖
用RE3+或RE3+—NH+4交換的X型或Y型沸石以及—NH+4交換的絲光沸石與硅鋁催化劑相比，具有活性高、選擇性好、穩定性高以及抗毒能力強等特點，為了保證固體催化劑的強度和傳熱要求，都採用沸石載體體系，沸石顆粒做活性組分分散在硅鋁凝膠或白土中，一般含有沸石5%～25%，載體可將沸石晶粒隔開，使沸石分散均勻，以最佳地發揮沸石的性能，並對沸石晶粒有黏結作用，以達到催化劑的強度要求。
天然沸石是理想的催化劑載體，許多具有催化活性的載體金屬，可以通過離子交換進入沸石孔穴中，隨後還原成元素狀態，這樣可以提高金屬的利用效率。
5. 離子交換膜的類型
材料：有機膜、無機膜
結構：對稱膜(微孔膜、均質膜)、非對稱膜、復合膜
形狀：平板膜、管式膜、中空纖維膜、卷式
分離機理： 擴散性膜 、離子交換膜、選擇性膜、非選擇性膜
分離過程：反滲透膜、滲透膜、氣體分離膜、電滲析膜、滲析膜、滲透蒸發膜
孔徑大小：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜
分離膜由高分子、金屬、陶瓷等材料製造，以高分子材料居多，按其物態又可分為固膜、液膜與氣膜三類。氣膜分離尚處於實驗研究中，液膜已有中試規模的工業應用，主要用於廢水處理中。
目前大規模工業應用的多為固膜，固膜主要以高分子合成膜為主，高分子膜可製成緻密的或多孔的、對稱的或不對稱的。
近年來，無機陶瓷膜材料發展迅猛並進入工業應用，尤其是在微濾、超濾及膜催化反應及高溫氣體分離中的應用，充分展示了其化學性質穩定、耐高溫、機械強度高等優點。陶瓷膜和金屬膜亦可以是對稱或不對稱的，但制備方法完全不同。