引言
鋁硅酸鹽廣泛應用于生產生活的各個領域和行業，重要的代表是沸石分子篩，沸石分子篩的研究發展經歷了三次飛躍，成功合成磷酸鋁系列的分子篩。
從而有助于沸石分子篩更廣泛地應用。
1 鋁硅酸鹽簡介
鋁硅酸鹽礦物在石油、冶金、橡膠、油漆、醫藥、農業和環保等行業有著廣泛的用途。就組成來看鋁硅酸鹽是含有鋁、硅、氧和金屬陽離子的化合物，其中鋁、硅兩種元素主要形成絡合陰離子。根據顯微結構的不同，鋁硅酸鹽可分為架狀結構鋁硅酸鹽和層狀結構鋁硅酸鹽。其中架狀結構礦物主要有長石、似長石和沸石，而層狀結構的主要有黏土。
2 沸石分子篩的合成方法研究
沸石的合成經歷了三次飛躍。第一次是 20 世紀40 年代沸石的合成方法由美國聯合碳化物公司（UCC） 最先提出：利用高壓水熱條件成功合成出 A型和 X 型沸石及隨后的 Y 型沸石；第二次飛躍是1961 年 Barrer R M 和 Denny P J 首次將有機季銨鹽的陽離子加入到體系中，得到高硅甚至全硅分子篩，此后沸石的合成引入有機物后得到許多新沸石和新型微孔晶體；第三次飛躍是在 1982 年 Wilson S T 和Flanigen E M 等成功合成磷酸鋁系列的分子篩（AlPO-n、SAPO-n、MeAPO-n 等）。此外 1985 年，相關專家首次以乙二醇、活性白炭黑和氫氧化鈉為原料合成出方鈉石。隨后，徐文旸等利用 Na2O-SiO2-Al2O3-\\(C2H5\\)3N 體系合成出含有五元環結構的絲光沸石。有文獻報道在乙二胺 -Na2O-SiO2-Al2O3-三乙胺體系合成出ZSM-35，隨著體系中 Na2O 含量的提高沸石的生長也不斷加快。除此之外，在有機體系中也可以合成出低硅沸石、高硅沸石、ZSM-39、ZSM-4。
水熱合成法是合成沸石的主要途徑，主要有兩個基本過程：硅鋁酸鹽水合凝膠的生成和水合凝膠的晶化。晶化是一個十分復雜的過程，至今沒有定論，無論液相轉化、固相轉化或雙相轉化機理，一般分為 4個基本步驟：a\\) 多硅酸鹽和鋁酸鹽再聚合；b\\) 沸石的成核；c\\) 核的生長；d\\) 沸石晶體的生長及引起的二次成核。
3 一些特殊的合成路線
Kanemite 是一種層狀水合硅酸鈉，其結構中含有船式構型的六元環 Q3硅酸鹽層，層與層間由共享角和邊的八面體[NaO]分開，Kanemite 可以通過固相轉化值得，ZSM-5Xu W 利用干凝膠法合成高硅沸石或全硅分子篩。Matsukata M 近年來用干凝膠法合成具有不同 Si/Al 的 BEA 型沸石。
4 沸石分子篩的應用現狀
4.1 沸石分子篩在吸附分離過程中的應用
沸石分子篩的孔徑均勻且與分子大小相似，據此可根據分子大小和形狀選擇性地進行沸石分子篩的合成。沸石分子篩有物理吸附和化學吸附兩種作用，吸附作用因而得到加強。分子篩較活性炭在吸附作用力上除色散力外還有較強的靜電引力，靜電作用下對易揮發極性強、不飽和度高的小分子會優先選擇性吸附。因而在烷烴中存在乙烯和丙烯乙炔的條件下，沸石分子篩可有效除掉其中含不飽和鍵的成分。另外一個實例就是分子篩的吸濕量是硅膠的 20 多倍、吸附量是活性炭的1.5 倍、吸附效率是活性炭的 5 倍，MCM-41 材料被應用于毛細管氣相色譜柱，可以很好地分離碳氫化合物、苯、甲苯、乙苯、正丙苯、正丁苯，而所用的柱長 （1 m） 比常規的柱子 （25 m～30 m） 短得多。沸石分子篩在氣體、液體、稀有氣體和石油裂解氣的干燥領域、廢氣凈化和脫色等領域也得到廣泛關注和應用。例如在石油裂解氣的干燥方面，分子篩只需要占有較小體積的固定床就能和氧化鋁干燥機達到同樣的干燥效果，而且在使用壽命方面也大相徑庭，分別為 4 a 和 1 a。
4.2 沸石分子篩在環境保護領域的應用
環境能源領域分子篩作為光催化劑用于環境污染物的光催化降解是近年研究的熱點之一。分子篩材料也可用于催化高分子材料的降解，例如 Al-MCM-41可以催化塑料 （聚乙烯、聚丙烯） 和潤滑油廢料的降解反應。
沸石分子篩在環境保護方面的作用主要體現為消除大氣污染和污水處理。目前，沸石分子篩還廣泛應用于廢水中氨氮的處理，水力停留時間影響著沸石的離子交換容量。此外在農業方面，還可以用作土壤改良劑、作為農藥和催熟劑的載體等。
Beler-Baykal 等人研究發現，當停留時間 <3 min時，NH4+的解吸作用非?？?，5 min 后沸石的離子交換量達到最大，因此選擇停留時間為 5 min。Booker等人通過研究發現沸石的離子交換過程發生在 10 min之內。何杰等人考察了在間歇進水和連續進水條件下，NH4+含量在出水中的變化情況，研究發現：出水 NH4+的含量在間斷進水一段時間后顯著降低，且間歇時間延長，這種現象越顯著，意味著沸石脫氨氮能力部分恢復。鑒于此項發現，美國明尼蘇達州一間處理水量為 2 260 m3/d 的污水廠，先利用斜發沸石對原水進行離子交換處理后，水中氨氮去除率達到 95%以上；盂供等人選用經活化后天然沸石處理含磷廢水，研究結果表明沸石的活化使其處理磷化物的能力顯著增加；Shigeru 等的研究發現，當利用沸石做載體，負載銥和鉑 - 銠 / 氧化鋁做催化劑時，可使汽車尾氣中氮氧化物轉化率提高到 70%，與此同時尾氣中的烴類物質可基本除去；陳涓涓等利用天然沸石進行脫硫實驗，研究結果表明：天然沸石在 400 ℃時活化后對 SO2吸附量達到最大。只要分子尺寸合適，沸石可吸附除去工業生產及生活污水中常見的污染物，如有機色素、酚類、氨基酸等，何杰等利用沸石制作的固定床吸附柱去除水中有機色素的研究有力地證明了這點。
4.3 沸石分子篩在催化中的應用
通過 X 射線粉末衍射可以觀察到分子篩清晰可辨的衍射譜線，可以得知其具有規則的晶體結構中和分子篩骨架中負電荷的陽離子可通過離子交換作用被一些具備催化活性的金屬離子所取代，使得分子篩成為高效催化劑或催化劑載體。催化活性大小及催化反應的進行主要受沸石孔徑大小、孔道形狀的控制，由此此類物質的催化反應具有選擇性。一般情況下，只有分子大小小于等于晶體孔道的才能自由進入反應，反應物、產物具有幾何選擇性。在 1960 年經過反復試驗研究發現：分子篩在催化癸烷、己烷等直鏈脂肪烴的分解反應方面起到明顯作用。此后，廣泛應用到石油催化裂化、加氫裂化和加氫異構化等有機催化反應中。
4.4 關于沸石分子篩的吸附性能的研究
鑒于分子篩具有規則的獨特孔道結構，較大的比表面具有較高的表面能、較大的吸附容量，同時分子篩本身具有熱穩定性、結構穩定性、選擇性吸附等諸多優勢，因此研究其吸附分離具有重要的理論和實際價值。結合物理化學分子熱力學和動力學相關知識，可以了解分子篩骨架結構和吸附質之間的相互作用及反應速度。分子篩的吸附性能除受本身分子篩種類、組成、孔道結構、大小補償骨架陽離子電荷大小、數目的影響，還受吸附質分子大小、極性的影響。近年來，沸石的吸附研究受到關注，龐先勇等利用氣相色譜研究了吸附質分子在沸石上的吸附熱力學和動力學。所選用的吸附質分別為空氣、N2、O2、CH4，利用不同溫度下其在 4魡、5魡 分子篩上的保留時間，分別通過保留時間、峰面積和不同溫度之間的關系計算得到吸附熱和活化能。Arik 等人選用 C5~C9正構烷烴作為吸附質，采用脈沖色譜技術測定其在 ZSM-5 分子篩上的吸附，計算得到亨利常數和吸附熱等參數。
采用智能重量分析技術，孫兆林等研究計算得到二甲苯在 Silicalite-1 分子篩上的吸附等容熱、吉布斯自由能變、熵變和吸附相熵。重量法也被應用于研究分子篩的吸附和擴散行為，王斐等研究了正己烷和 1- 丁烯在 ZSM-5 上的吸附，研究主要采用不同硅鋁比的沸石分子篩。研究結果表明：表面吸附行為符合雙朗格繆爾吸附模型，正己烷和 1- 丁烯吸附在分子篩表面時可能采取兩種不同的結合方式，作者同時考慮了溫度對吸附過程的影響。近年來，近紅外光譜檢測技術、13C 核磁共振波譜技術等先進技術應用到研究沸石分子篩的吸附行為中去，利用這些技術可以更確切的了解吸附質的吸附位置為吸附能力的測定吸附熱力參數方面的計算提供更為可靠的保障。但是每種方法都有自己的局限性和適用條件，只有相互配合互相補充才能使研究更為靈活和深入。
5 層狀化合物的合成
國內外關于層狀化合物的報道很少，最早見于1955 年日本 Isao TAKASEIMA 利用拜耳石和 SiO2溶膠在高壓條件下合成高嶺土。Kazuko Fujii、ShigenobuHayashi 等，利用 SiO2（凝膠） 和 ODAC （三甲氧基硅丙基十八烷基二甲基氯化銨） 合成一種烷基銨 / 鎂硅酸鹽復合物，該復合物由類蒙脫石層和有機硅烷構成。Saba Beg 利用 B（iNO3）3、NH4VO3和 A（lNO3）3合成出 Aurivillius 層狀化合物。Josef Breu etal 利用高溫燒結方法合成出 F- 鋰蒙脫石。Ce'sar R. Silva 等利用實驗室制備的尿素 - 烷氧基硅成功合成有機硅烷類滑石。Je'ro ^me Minet 等利用各種硅烷合成出 Ca 的有機硅酸鹽復合物，并對其結構進行簡要的討論。
Kathleen A 等，利用有機硅烷合成出硅烷化合物與蒙脫石結構極為相似。但具體詳細性質與應用并未進行實驗討論。第一次論述利用有機模板合成層狀鋁硅酸鹽化合物的是 2000 年 Kathleen A. Carrado 利用各種胺類有機物為模板合成層狀鋁硅酸鹽礦物，并討論不同合成條件對產物的影響。
6 結語
現在層狀鋁硅酸鹽的研究大多集中在天然層狀高嶺土、蒙脫石的插層有機物無機物的改性，關于合成層狀化合物的報道也很少，大多是集中在合成有機層狀化合物，研究合成層狀化合物必然有其重大的理論意義，目前已經對沸石的形成機理有了一定程度的了解，對于一類重要的自然礦物———層狀鋁硅酸鹽的形成機理還缺乏認識，研究不同實驗條件對其合成影響進而能更深刻了解其形成晶化機理。
