一切固體物質(zhì)表面的原子或分子和固體內(nèi)部的原子或分子所處的狀態(tài)是不同的。在固體內(nèi)部原子或分子所受的吸引力是對(duì)稱(chēng)的，它均勻地分布在周?chē)脑踊蚍肿由?，處在力?chǎng)飽和的平衡狀態(tài)；而表面的原子或分子所受的力則是不對(duì)稱(chēng)的，也就是說(shuō)固體表面有過(guò)剩的表面自由能，即表面有吸附力場(chǎng)存在，這種吸附力稱(chēng)為?色散力，是固體表面對(duì)氣體或液體具有吸附作用的原因。當(dāng)氣體或液體進(jìn)入吸附力?場(chǎng)作用范圍時(shí)，就會(huì)被吸附，從而降低固體表面的自由能。這種不飽和力場(chǎng)的作用范圍，大約相當(dāng)于分子直徑的大小，也就是幾埃左右。

從上述情況可知，一切固體物質(zhì)的表面都有吸附作用。實(shí)際上，只有多孔物質(zhì) 或磨得很細(xì)的物質(zhì)，由于具有很大的表面積，才有明顯的吸附作用，被稱(chēng)為吸附劑。如活性炭、硅膠、活性氧化鋁和沸石等。

1896年發(fā)現(xiàn)脫水的Zeolite能吸留酒精、苯等液體。1909年發(fā)現(xiàn)脫水的菱沸石能吸附氨、硫化氫等氣體。至20世紀(jì)20年代開(kāi)始對(duì)沸石的吸附性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

依據(jù)沸石的吸附機(jī)理，人們對(duì)沸石改性處理，獲得了對(duì)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物更好的吸附性能。同其他吸附劑相比，沸石的吸附有它自己的特點(diǎn)。

?沸石不同于一般常用的固體吸附劑(硅膠,性炭等) 其具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：沸石的選擇性吸附和高效率吸附。

在一般情況下,沸石結(jié)構(gòu)中的孔道和孔穴都充滿(mǎn)了水分子,分子圍繞著可交換的陽(yáng)離子形成水化球,常在350℃或?400℃下加熱數(shù)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間沸石將會(huì)失去水分子。

這時(shí),些有效直徑小到足,通過(guò)孔道的分子將易于被沸石吸附在脫水孔道和孔穴中，直徑過(guò)大無(wú)法進(jìn)入孔道的分子將被排斥，這就是人們熟悉的沸石的選擇性吸附.

選擇性吸附1925年發(fā)現(xiàn)脫水菱沸石能強(qiáng)烈地吸附水、甲醇、乙醇，而完全不能吸附乙烷、丙酮和苯，即具有選擇性吸附的特性。如上所述，沸石晶體內(nèi)部存在很多孔穴和孔道，它們的體積占沸石晶體總體積的50%以上，而且孔穴、孔道大小均勻、固定，和普通分子的大小相當(dāng)。一般孔穴直徑在6?15A之間，孔道直徑約在3?10A之間。表2-8是沸石、硅膠和活性炭對(duì)直鏈烴選擇吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從表中數(shù)據(jù)可以看出，活性炭對(duì)各種烴類(lèi)的吸附量都很高，而硅膠在室溫下對(duì)揮發(fā)性丁烷-正丁烷和異丁烷的吸附量則很低，說(shuō)明它們的吸附作用是沒(méi)有選擇性的。只有5A分子篩具有選擇性吸附作用，很明顯只有那些直徑比較小的分子，才能通過(guò)沸石孔道（5A分子篩的孔徑為5人）被吸附，而直徑大的分子，由于不能進(jìn)入沸石孔穴，則不能被沸石吸附，因此沸石的選擇吸附、篩分分子性能決定于沸石的孔徑和被吸附分子的大小。

表2-8沸石、硅膠和活性炭對(duì)直鏈烴的選擇吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

沸石分子篩還是唯一的高溫吸附劑，在較高溫度下，沸石分子篩仍能吸附相當(dāng)數(shù)量的水分子而活性氧化鋁，特別是硅膠，在較高溫度時(shí)則大大喪失了吸附能力。由此可知，沸石的吸附作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅膠、活性炭等一般吸附劑。

下表列出了幾種沸石比表面積的測(cè)定值，從所列數(shù)據(jù)情況看，實(shí)際測(cè)定結(jié)果和估算數(shù)值是相符的。沸石的內(nèi)表面遠(yuǎn)比一般顆粒的外表面大，一微米大小的一般固體顆粒每克僅有幾個(gè)平方米。因此，沸石的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他物質(zhì)。

沸石的比表面積

那么究竟是什么原因使沸石對(duì)水等極性分子具有那么強(qiáng)大的吸附能力呢？

沸石和硅膠、 活性炭等之所以能作吸附劑，根本原因就是它們表面具有色散力 （即吸附力），這種力的作用范圍很小，通常距表面只有幾個(gè)埃左右，大約相當(dāng)于水等極性分子直徑的大小。一般情況下，沸石的孔道或孔穴的孔徑僅有幾埃，即使是最大孔穴的直徑也只有幾十埃，它們剛好能裝得下水等極性分子。因此處于脫水沸石孔道或孔穴中的這些分子受到各方面孔壁表面的吸附力（即色散力）的作用，便產(chǎn)生孔壁場(chǎng)迭加，形成超空效應(yīng)，使其吸引力特別強(qiáng)。由于色散力隨與表面的距離增大而迅速減小，且硅膠和活性氧化鋁的孔徑較沸石大得多，所以它們的吸附作用力遠(yuǎn)比沸石小。

另外，沸石與活性炭等吸附劑不同，后者的吸附力完全是依靠色散力而前者不僅色散力很大，而且還有較大的靜電力，這種靜電力主要是由于沸石晶格空穴中分布 有陽(yáng)離子，同時(shí)部分格架中氧也具有未被抵消的負(fù)電荷，于是在這些粒子周?chē)阈纬?了強(qiáng)大的電場(chǎng)。

沸石由于色散力和靜電力的共同作用，故其吸附能力特別強(qiáng)，以致對(duì)低濃度、高 溫、高速的極性流體，仍有較大的吸附作用。正因?yàn)橛徐o電力的存在，沸石對(duì)極性、不飽和以及易極化的分子都具有優(yōu)先的選擇吸附作用。

硅膠、活性氧化鋁和活性炭都沒(méi)有固定的均勻孔徑，孔徑范圍變化很大，如硅膠的孔徑大小從10?1000A不等，活性氧化鋁的孔徑在10?10000A之間，因此大小分子都可進(jìn)入孔道被吸附，故沒(méi)有篩分性能，也就是選擇吸附性能。