離子交換化學性能

A. 有關離子交換膜的化學習題

1·名稱解釋
離子交換膜——四氟乙烯同具有離子交換基團的全氟乙烯基醚單體的共聚物。全氟磺酸膜：電阻小、化學性能穩定；全氟羧酸膜：阻止OH- 遷移性能好，電流效率高；全氟磺酸—羧酸復合膜：既有全氟羧酸膜阻止OH-遷移性能好，電流效率高的優點，又具有全氟磺酸膜電阻小，化學性能穩定，氯氣中氫含量少，膜使用壽命長等優點。

2·為什麼鹽水要進行二次精製？
解：如果精製鹽水中含有較多的多價陽離子（如Ca 2+、Mg 2+、Al 3+、Fe 3+），則會增加精製鹽水中Na+進行離子交換及滲過膜微孔的難度。工業上常將食鹽水作二次精製處理，以除去多價陽離子，使其在允許的含量以內。在螯合塔中進行。螯合樹脂。

3·離子交換膜法工藝過程？
答：一次鹽水精製；二次鹽水精製；電解；燒鹼蒸發。

4·離子交換膜法電解工藝條件分析
解：(1) 飽和食鹽水的質量。
（2) 電解槽的操作溫度70-90℃。操作溫度不能低於65℃。電解槽溫度通常控制在70-90℃之間。
(3) 陰極液中NaOH的濃度。當陰極液中NaOH濃度上升時，膜的含水率就降低，膜內固定離子濃度上升，膜的交換能力增強，電流效率高。但是NaOH濃度過高，膜中OH－離子反滲透到陽極機會增多，使電流效率下降。
(4) 陽極液中NaCl的含量210g/L。

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B. 房間內有甲醛怎麼才能消除呢

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C. 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，V_α=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，V_β=4πr³/3=4×3.14×3.3³/3=0.150nm³，V_α+V_β=0.926nm³，一個A型沸石晶胞的體積為V_A=α³₀=1.816nm³，孔穴率V_A/(V_α+V_β)=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:d_a———液體吸附量的比重，g/mL;

X_s———飽和吸附量，g/1g沸石;

V_p———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，d_w=1g/ml，V_w=X_w/d_w=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ρ_t:1克沸石吸附的水的體積V_w/1克沸石的體積V_Z。

非金屬礦產加工與開發利用

d_z=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:V_ρ=ρ_t·V=44.5%×V_p=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(d_NH+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。

D. 如何去除房間異味

首先，如果我們能聞到刺激性氣味的時候，說明室內甲醛的濃度已經高於正常的入住標准了。那麼怎樣去除室內的甲醛以及其它有害物質呢？下面就教大家幾個快速有效的方法。

1、剛裝修完的房子想要盡快的去除室內的甲醛以及異味，首先要做的就是開窗通風，在開窗的同時可將櫥櫃門及抽屜打開，通過空氣對流的方式，將甲醛稀釋並排放到室外去。這一步雖然簡單，但是也要注意天氣情況，以免大風大雨破換了新裝修家居環境。

總結：甲醛去除方法多樣，大家可以根據自己的實際情況選擇對應的除甲醛方案，建議採用自然方式開窗通風+綠植+睿石配合使用，實用且健康。活性炭如果定期對其更換或拿到室外進行暴曬，也會有不錯的效果。睿石是天然的礦石，未經過人工處理，不是規則的多色顆粒，購買時請認准官網，如果發現有商家把規則顆粒當睿石銷售，請當心！

E. 土壤膠體的土壤吸收性能

土壤的吸收性能是指土壤能吸收、保留土壤溶液中的分子和離子，懸浮液中的懸浮顆粒、氣體及微生物的能力。
土壤的吸收性能對土壤肥力和性質有非常重要的作用。
a：土壤的吸收性能與土壤保肥、供肥性關系密切
因為土壤具有吸收性能，所以我們施用的肥料（無論是無機的還是有機的，無論是固體的、液體的還是氣體的）都能長久的保存在土壤中，而且隨時能釋放出來供植物吸收利用。
b：土壤的吸收性能能影響到土壤的酸鹼性以及緩沖性等化學性質
c：土壤的吸收性能能直接或間接地影響到土壤的結構性、物理機械性、水熱狀況等。 按照吸收性能產生的機制，土壤吸收性能分為以下幾種類型：
a.土壤機械吸收性：土壤對物體的機械阻留，土壤機械吸收性能的大小主要取決於土壤的孔隙狀況。孔隙過粗，阻留物少，孔隙過細，會造成阻留物下滲困難，容易形成地面徑流和土壤沖刷。
b.土壤物理吸收性能：指土壤對分子態物質的保存能力包括：
（1）正吸咐：養分集聚在土壤膠體的表面，膠體表面養分的濃度比溶液中大。
（2）負吸咐：土壤膠體表面吸咐的物質較少，膠體表面的養分濃度比溶液中低。
c.土壤的化學吸收性能：易溶性鹽在土壤中轉變成難溶性鹽而沉澱、保存在土壤中的過程，這一過程是以純化學反應為基礎的，稱為化學吸收，比如可溶性的磷酸鹽，在土壤中與Ca2+ 、Mg2+、Fe2+、Al3+等，發生化學反應生成難溶性的磷酸鈣，磷酸鎂、磷酸鐵、磷酸鋁。化學吸收性能雖然能使易溶性養分保存下來，減少流失，但同時也降低了這些養分對植物的有效性，所以在生產上要盡量避免有效養分的化學固定的產生，但化學吸收也有一些好處，比如H2S、Fe2+對水稻根系有毒害作用，但是在水田嫌氣條件下H2S+Fe2+→FeS↓降低它們的毒害作用。
d.土壤的物理化學吸收性能：土壤對可溶性物質中的離子態養分的保持能力；由於土壤膠體帶正電荷和負電荷，能吸咐土壤溶液中電性相反的離子，被吸咐的離子還能與土壤溶性中的同電性的離子發生交換而達到動態平衡，這一過程以物理吸咐力基礎，但又表現出化學反應的某些特徵，所以稱為土壤的物理化學吸咐性能或土壤的離子交換作用。
f.生物吸收性能：是土壤中植物根和微生物對營養物質的吸收，它具有選擇性和創造性，同時能累積和集中養分。
上述幾種土壤吸收性能並不是孤立存在的，而且相互聯系，相互影響的，在這幾種土壤吸收性能中對土壤的供肥性和保肥性貢獻最大的是土壤的物理化學吸收性能。 土壤的物理化學性能其實質就是土壤的離子交換作用包括：
（1）土壤的陽離子交換：帶負電荷的土壤膠體所吸咐的陽離子與土壤溶液中的陽離子發生交換而達到動態平衡的過程。
（2）土壤的陰離子交換：帶正電荷的土壤膠體所吸咐的陰離子與土壤溶液中的陰離子發生交換而達到動態平衡的過程。
1.土壤的陽離子交換作用：
通常土壤所帶負電荷的數量遠比正電荷多，土壤膠體表面的負電荷能吸咐土壤溶液中的陽離子以中的電性，被吸咐的陽離子在一定的條件下也能被土壤溶液中其它的陽離子交換下來→土壤的陽離子交換作用。
比如土壤膠體上原來吸咐有Ca2+，當我們施用K2SO4後，Ca2+就能被K+交換下來而進入土壤溶液。
土壤溶液中的離子轉移到土壤膠體上→吸咐
土壤膠體上吸咐的離子轉移到土壤溶液→解吸
A.土壤陽離子交換作用的特點：
a.可逆反應：也就是說已吸咐在土壤膠體上的陽離子當土壤溶液的組成和濃度發生改變時，完全可以被其它的陽離子代換下來而進入土壤溶液，這一點在植物營養上有很重要的作用，它使被吸咐的離子並不會失去對植物的有效性，植物對養分的吸收主要是吸收土壤溶液的養分，土壤膠體表面的養分絕大部分需要轉移到土壤溶液中才能被吸收，由於陽離子交換反應是可逆反應，使得被吸咐的陽離子，完全可以被其它的陽離子交換下來，重新進入土壤溶液供植物吸收利用，所以被吸咐的陽離子並沒有失去對植物的有效性。
b.等當量交換：也就是說一個Ca2+可交換兩個K+，1molFe3+可交換3molK+或Na+。
c.符合質量作用定律
d.反應迅速，能迅速達到平衡
B.土壤的陽離子交換能力
指一種陽離子將土壤膠體上的另外一種陽離子交換下來的能力。
影響土壤陽離子交換能力的因素主要有以下幾個方面：
a.電荷數量：根據庫侖定律，離子電荷價越高，受膠體的吸咐能力越大，交換能力越大，所以M3+>M2+>M+。
b.離子半徑和水合半徑：對於同價的離子，離子半徑越大，水合半徑越小，交換能力越強：
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+
在這一系列中，H+是例外，H+的交換能力>Ca2+、Mg2+，因為H+的半徑小，水化程度也弱，運動速度快，所以交換能力強，所以離子的運動速度也是影響離子交換能力的一個因素。
c.離子濃度，因為離子交換受質量作用定律支配，所以對交換能力弱的陽離子，增加它的濃度，也可以交換那些交換能力強的陽離子。
C.土壤的陽離子交換量：（CEC）
通常是指在一定的pH條件下，1kg干土所能吸咐的全部交換性陽離子的厘摩爾數，單位：Cmol/kg。
影響土壤陽離子交換量的因素：
a.膠體的類型：不同的土壤膠體所帶負電荷的數量不同，陽離子交換量也不同
負電荷數量：腐殖質>蛭石>蒙脫石>伊利石>高嶺石。
陽離子交換量：腐殖質>蛭石>蒙脫石>伊利石>高嶺石
b.土壤質地：質地越粘重，粘粒越多，CEC越大，另外含OM高的土壤，CEC也比較大。
c.土壤pH：pH會影響到可變負電荷的數量，從而影響到土壤的陽離子交換量，pH上升可以增加土壤可變負電荷的數量，從而使土壤陽離子交換量增加。
土壤的陽離子交換量，基本上代表了土壤能夠吸咐陽離子的數量，也就是土壤的保肥能力。
D.土壤的鹽基飽和度
土壤膠體上吸咐陽離子基本上可分為兩類：
當土壤膠體上吸咐的陽離子，全部是鹽基離子時，土壤呈現鹽基飽和狀態，這種土壤稱鹽基飽和土壤；當土壤膠體上吸咐的陽離子，一部分是鹽基離子，另一部分是致酸離子時，土壤呈現鹽基不飽和狀態，這種土壤稱為鹽基不飽和土壤。
土壤鹽基飽和的程度，一般用鹽基飽和度來表示，它指的是交換性鹽基離子占陽離子交換量的百分率。
鹽基飽和度的作用：
a.可以反映土壤的酸鹼性：鹽基飽和度的高低實際上也就反映出了致酸離子含量的高低，所以能反應出土壤的酸鹼性：
北方土壤：鹽基飽和度大，土壤pH較高
南方土壤：鹽基飽和度低，土壤pH低
b.判斷土壤肥力水平
鹽基飽和度>80%→肥沃土壤，50—80%→中等肥力水平，<50%肥力水平較低。
E.交換性陽離子的有效度
土壤膠體表面吸咐的離子，可以通過離子交換進入土壤溶液供植物吸收利用，所以被土壤膠體吸咐的陽離子，不會失去對植物的有效性，但是被土壤膠體吸咐的陽離子的有效度，並非在任何條件下都完全相同，從土壤角度講影響交換性陽離子有效度的因素主要有以下一些方面：
a.離子飽和度（土壤膠體上吸咐的某一種離子的總量占土壤陽離子交換量的百分率）
植物對養分的吸收雖然可以通過根系與土壤膠體之間接觸代換而被吸收，但是通過接觸代換而吸收的養分數量很少，植物主要還是吸收土壤溶液中的養分，也就是說土壤膠體上吸咐的陽離子，必須要解吸到土壤溶液中才能被吸收利用。
土壤膠體上某種離子的飽和度越大，被解吸的機會越大，該離子的有效度越大，所以交換性陽離子的有效度不僅僅與該種離子的絕對數量有關，更主要的還取決於該種離子的飽和度：
雖然交換性Ca2+的絕對數是乙土壤>甲土壤，但是Ca2+的飽和度甲土壤>乙土壤，所以Ca2+的有效度，甲土壤>乙土壤。
所以施肥要相對集中施用，增加離子飽和度，能提高肥效。
b.陪補離子效應
土壤膠體上同時吸咐著多種離子，對於其中任何一種離子來講，其它的各種離子都是它的陪補離子。比如土壤膠體上吸咐有K+、Ca2+、NH4+、Na+那麼K+的陪伴離子就是Ca2+、NH4+、Na+。NH4+的陪伴離子就是K+、Ca2+、Na+。
某一種交換性陽離子的有效度，與陪補離子的種類關系密切，一般來講陪補離子與土壤膠體之間的吸咐力越大，越能提高被陪離子的有效度。
比如：假如K+的陪補離子是Ca2+，由於Ca2+與土壤膠體之間的吸咐力>K+，所以K+容易被交換下來，從而提高K+的有效度。
如果K+的陪補離子是Na+，由於Na+與土壤膠體間的吸咐力<K+，K+不易被交換下而降低K+的有效度。
c.粘土礦物的類型
不同的粘土礦物由於晶體構造不同，吸咐陽離子的牢固程度也不同，在一定的鹽基飽和度范圍內，蒙脫石類粘土礦物吸咐的陽離子，一般位於晶層之間，吸咐比較牢固，有效度相對較低，而高嶺石類粘土礦物吸咐的陽離子一般位於晶體外表面，吸咐力弱，有效度相對較高。
2.土壤對陰離子的交換吸咐
A.土壤對陰離子的靜電吸咐（非專性吸咐）
土壤膠體雖然以帶負電荷為主，但是在某些特定條件下土壤膠體也可帶正電荷。
比如Fe，Al，氧化物在酸性條件下的解離，能帶正電荷：pH<4.8,Al2O3.3H2O→Al(OH)2++2H+.
又比如高嶺石在酸性條件下表面—OH的解出，能帶正電荷。
腐殖質分子中R—NH2的質子化能帶正電荷：
R—NH2+H+→RNH3+
這樣這些帶正電荷的土壤膠體就能通過靜電引力而吸咐陰離子，這種通過靜電引力而對陰離子產生的吸咐我們稱為土壤對陰離子的非專性吸咐，被吸咐的陰離子，可被其它的陰離子所代換，屬交換性的陰離子。
影響陰離子非專性吸咐的因素，主要有以下兩個方面：
a.陰離子的種類：一般陰離子的價數越多，吸咐力越強；在同價陰離子中，水含半徑小的離子吸咐力強。
F－>草酸根>檸檬酸根>H2PO4－>HCO3－>H2BO3－>CH3COO－>SO42－>Cl－>NO3－
b.帶正電荷土壤膠體的種類：
一般來講帶正電荷的土壤膠體主要是Fe、 Al、 Mn的氧化物，所以含Fe、 Al、Mn的氧化物高的強酸性土壤容易產生陰離子的非專性吸咐。
B.土壤膠體對陰離子的專性吸咐

F. 膨潤土的用途是什麼

膨潤土（蒙脫石）可做凈化脫色劑、粘結劑、觸變劑、懸浮劑版、穩定劑、充填料、權飼料、催化劑等，廣泛用於農業、輕工業及化妝品、葯品等領域，所以蒙脫石是一種用途廣泛的天然礦物材料。

膨潤土可用來作防水材料，如膨潤土防水毯、膨潤土防水板及其配套材料，釆用機械固定法鋪設。蒙脫石有吸附性和陽離子交換性能，可用於除去食油的毒素、汽油和煤油的凈化、廢水處理。

(6)離子交換化學性能擴展閱讀：

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產，蒙脫石結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2：1型晶體結構，由於蒙脫石晶胞形成的層狀結構存在某些陽離子，如Cu、Mg、Na、K等，且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩定，易被其它陽離子交換。

故具有較好的離子交換性。國外已在工農業生產24個領域100多個部門中應用，有300多個產品,因而人們稱之為「萬能土」。

G. 房子剛裝修好，除去甲醛最有效的方法是什麼

新房除甲醛常用的方式有：
1、開窗通風
2、綠色植物
3、活性炭
4、空氣凈化器
5、除甲醛葯劑噴霧（光觸媒、生物酶等）
6、甲醛治理公司
各種方式介紹：
1、開窗通風主要利用流通的空氣把游離甲醛排出去，這是最經濟實用的方式，但是不能根除污染源頭的甲醛
2、綠色植物對甲醛的吸收是有的，但因為植物的葉片比較小，而且是一個被動式反應，所以即使能吸收，量也非常小。如果甲醛超標比較嚴重的話，用100盆植物，不如開窗半個小時。
3、活性炭是吸附的原理，吸附一段時間後會飽和，飽和後會再次釋放甲醛，容易造成二次污染，因此需要定期更換。
4、空氣凈化器除甲醛的原理和活性炭一樣，空氣凈化器是利用裡面的活性炭濾網吸附，吸附滿了之後也會再次釋放造成二次污染，需要定期更換。
5、除甲醛葯劑噴霧主要是把甲醛分解掉，有些廠家會誇大效果說能封閉甲醛，不讓源頭的甲醛釋放出來，其實是實現不了的，還有的說可以滲透到板材里，把裡面的甲醛分解掉，這是誇大。除甲醛葯劑噴霧主要是分解釋放出來的游離甲醛。
6、甲醛治理公司水平參差不齊，有些也是只噴點除甲醛的葯劑就完事了，這種方式是會反彈的。正規的除甲醛公司會先利用高溫熏蒸液把污染源頭的甲醛快速釋放出來，然後再用除甲醛的葯劑噴塗去分解釋放出來的游離甲醛，只有這樣才不會反彈。

方法介紹了這么多，建議除甲醛之前先做甲醛檢測，然後根據數據來選取更適合的方式。
國家制定的標準是關閉門窗12個小時，甲醛含量低於0.1算達標，如果檢測數值在0.2以下又不是急著入住的情況下可以選擇開窗通風除甲醛，如果超標數值在2倍以上又急著入住的可以考慮找正規的甲醛治理公司除甲醛。

H. 物理化學性質及工藝性能

由於累托石晶體結構中具有蒙脫石層和雲母層，因此它既具有蒙脫石的物化性能，其熱穩定性又優於蒙脫石。

衡量累托石粘土工藝性能的指標包括:吸藍量、pH值、陽離子交換總量和分量、粒度和粒度分布、比表面積、電動電位、膠質價、造漿率、可塑性、耐火度、濕態和干態抗壓強度等。

一、一般形態物性特徵

累托石粒度極細，一般為2μm，平均粒徑約0.82μm。純凈累托石為白色，比重變化大，隨含水量不同而變化，無水累托石比重為2.8，含水多的可降到1.3;硬度低，具有滑感。累托石多為細鱗片狀，也可見到板條狀、纖維針狀晶體。

二、膠體學性能

累托石的晶體結構中含有膨脹性的蒙脫石晶層，具有較大的親水表面，在水溶液中顯示出良好的親水性、分散性和膨脹性。膠質價、可塑性指數和比表面是衡量累托石上述性能的重要技術指標，實測累托石粘土(含70%累托石)的膠質價一般在50～60mL/15g，膨脹容5.8cm³/g，塑限31.3%，液限68.2%，塑性指數為36～37。

累托石具有良好的膠體性能，在水中極易分散成顆粒極細的微粒，加之累托石粒子具有較高的電荷，因此，累托石具有極佳的造漿性能，其造漿率為12～27m³/t，而且失水量小，為7～15mL，動塑比0.6×10²～1.5×10²s^－1，各項指標達到或超過了國際上公認的API13m³/t造漿用膨潤土標准。

累托石粘土濕壓強度大於0.5kg/cm²，干壓強度大於5kg/cm²，是質量較好的鑄造用黏結劑用粘土。

累托石具有優良的膠體化學特徵，在電解質水溶液中，水化陽離子在帶負電荷的累托石表面形成膠體雙電層，靜電引力使陽離子趨向累托石，離子的熱運動又有逃逸的傾向，兩種反向作用，使累托石黏粒周圍陽離子的數量隨著與黏粒表面距離增加而減少，並形成水化陽離子緊密內層和高度水化的擴散層。累托石的ξ電位最低點的pH值比其他粘土低，因此，只需加少量鹼，就能形成分散良好的優質漿料。累托石礦物表面、累托石顆粒間及累托石晶層內，所含各種形式的水分，將明顯改變它的物理化學性質。強結合水使累托石具有較高的黏滯性和塑性抗剪強度;弱結合水是高度水化陽離子擴散層內的滲透吸附水。

三、吸附性和離子交換性能

由於累托石晶體結構中的蒙脫石層具有層負電荷，顯示電極性，使其能吸附各種無機離子、有機極性分子和氣體分子，一般用吸藍量衡量累托石吸附能力的大小。湖北鍾祥累托石的吸藍量為64～68mmol/100g，相當於蒙脫石吸藍量的1/2～1/3。層間的水化陽離子可被其他陽離子交換，陽離子交換性能是累托石礦物具有的極其重要的特性，許多工業產品的制備，就是利用它這種特性。表19－3給出了我國部分產地累托石的陽離子交換容量。

表19－3 我國部分產地累托石的陽離子交換容量

四、耐高溫性能

累托石粘土具有良好的抗高溫性能，耐火度較高，是一種優質的耐火材料。累托石的耐火度達1660℃，在1000℃時結構分解，形成莫來石，莫來石是富鋁的耐高溫礦物相。

五、耐蝕性

鹼蝕率(20%NaOH中煮沸2小時)為10.2%，酸蝕率(20%HCl中煮沸2小時)為8.7%。