石 勤，王建強，席 靜，張富民

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學院 應(yīng)用化學工程學院，甘肅 蘭州 730060）

沸石是一種無機多孔材料，由于它具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性、豐富的酸性中心以及多種陽離子交換等性質(zhì)，在工業(yè)催化、吸附分離和離子交換等工業(yè)領(lǐng)域具有重要地位。MER 型沸石是一種三維八元環(huán)小孔沸石，它的拓撲結(jié)構(gòu)包括天然相鋇十字沸石和合成相沸石W，沸石W 在1953 年被首次合成，24 年后（1977年）天然相鋇十字沸石在意大利列蒂被發(fā)現(xiàn)［1-3］。天然相鋇十字沸石儲量有限，主要分布在意大利、德國、冰島、法國、美國和俄羅斯等地的山區(qū)和海洋中，且往往與絲光沸石、鈣十字沸石、毛沸石、方沸石及菱沸石等共生。隨著工業(yè)化進程的加快，MER 型沸石憑借特殊的孔道結(jié)構(gòu)，在海水鹵水提鉀、工業(yè)催化、氣體吸附分離以及工業(yè)脫水等領(lǐng)域顯示出潛在的工業(yè)應(yīng)用前景。因此，人工合成具有MER 型拓撲結(jié)構(gòu)的沸石W 受到越來越多的關(guān)注。

本文對MER 型沸石的結(jié)構(gòu)、合成及應(yīng)用進行了綜述和展望，為MER 型沸石的進一步研究、推廣和應(yīng)用提供了參考。

1 MER 型沸石的結(jié)構(gòu)

沸石的獨特拓撲結(jié)構(gòu)決定了它在工業(yè)應(yīng)用中的性能，深入認識沸石的結(jié)構(gòu)對其工業(yè)應(yīng)用具有重大指導意義。MER 型沸石的結(jié)構(gòu)［1-2］如圖1 所示。由圖1 可見，沿著z軸方向有兩種八元環(huán)通道交替排列，一種八元環(huán)通道由d8R 籠和pau 籠共享八角平面連接構(gòu)成（圖1b），另一種八元環(huán)通道由ste 籠連接構(gòu)成（圖1c）；沿著x軸和y軸方向，pau 籠和ste 籠共享彎曲八元環(huán)，各自連接形成八元環(huán)通道（圖1a）。

圖1 MER 型沸石的結(jié)構(gòu)［1-2］Fig.1 The structure of MER-type zeolite［1-2］.

MER 型沸石的晶胞空間群有Immm、Pnnm 和P42/nmc 三種，其中Immm 占主導地位，沸石晶胞空間群與其骨架硅鋁比（骨架外陽離子數(shù)目）、孔道中的陽離子類型和含水量等有關(guān)［1-6］。Pakhomova等［1］采用單晶X 射線衍射法研究了溫度變化對天然鋇十字沸石晶胞結(jié)構(gòu)的影響。在室溫下，晶胞的空間群為Immm，晶胞參數(shù)a=（1.403 12±5）nm，b=（1.426 75±6）nm，c=（1.008 74±4）nm，晶胞體積V=（2.019 40±14）nm3；溫度升高至75 ℃時，晶胞的空間群轉(zhuǎn)變?yōu)镻42/nmc，繼續(xù)升溫至200 ℃，沸石完全脫水；繼續(xù)升溫，晶胞空間群保持不變，在225 ℃下，晶胞參數(shù)a=（1.334 1±4）nm，b=（1.334 1±4）nm，c=（0.970 7±4）nm，V=（1.727 7±12）nm3，升溫脫水會引發(fā)沸石骨架變形和晶胞體積減小，骨架結(jié)構(gòu)的對稱性下降，骨架外的陽離子位置也隨之變化。Georgieva 等［6］合成了沸石W，發(fā)現(xiàn)沸石骨架外陽離子為K+和Cs+時，晶胞空間群為P42/nmc；骨架外陽離子為Na+時，晶胞空間群為Immm。

MER 型沸石是一種低硅鋁比沸石，骨架原子Al 的位置分布具有統(tǒng)計性［7］。石勤等［8］通過密度泛函理論計算得到沸石骨架最小硅鋁比為1.67，目前報道的自然界和合成的MER 型沸石骨架硅鋁比的范圍為1.67 ～3.80［1-6］。MER 型沸石骨架外陽離子主要為K+［1-6］，其他陽離子的MER 型沸石由離子交換實驗得到。大量研究結(jié)果表明，沸石骨架外陽離子的種類、位置及數(shù)目對沸石在不同工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大影響。MER 型沸石骨架外陽離子的位置分布如圖2 所示。從圖2 可看出，MER型沸石骨架外陽離子的位置［1-6，8］大致為三種:第一種位于pau 籠和d8R 籠共享的八角平面附近（圖2 中的Ⅰ或Ⅰa）；第二種位于pau 籠和ste 籠共享的彎曲八元環(huán)中（圖2 中的Ⅱa 或Ⅱb）；第三種位于ste 籠的彎曲八元環(huán)中（圖2 中的Ⅲ）。在三種位置中，K+在Ⅱa 和Ⅱb 位置出現(xiàn)的概率最大，其次是Ⅰ和Ⅰa 位，落位概率最小的是Ⅲ位。

圖2 MER 型沸石骨架外陽離子的位置分布Fig.2 The position distribution of extra-framework cations in MER-type zeolite.

綜上所述，MER 型沸石骨架外陽離子主要位于八元環(huán)孔道中，陽離子與八元環(huán)骨架原子之間的距離決定了沸石中分子擴散的通道，了解通道孔徑的大小對在工業(yè)應(yīng)用中篩選、調(diào)控沸石以及理解它的工作機理具有指導作用。石勤等［8］采用分子動力學模擬方法計算了骨架外K+與八元環(huán)骨架原子之間的徑向分布函數(shù)，結(jié)果如圖3 所示。從圖3可看出，骨架外K+與其所處八元環(huán)骨架原子O，Al，Si 的距離分別為0.271，0.329，0.353 nm，與文獻［9］報道的MER 型沸石窗口孔徑大小一致，沿著（001）方向形成的八元環(huán)窗口直徑分別為0.33 nm×0.33 nm 和0.34 nm×0.51 nm， 沿著（100）和（010）方向形成的八元環(huán)窗口直徑分別為0.31 nm×0.35 nm 和0.27 nm×0.36 nm。

2 MER 型沸石的合成

2.1 原料及膠體組成

目前，合成沸石W 的膠體主要包含化學原料組成為K2O-SiO2-Al2O3-H2O 和Na2O-K2O-SiO2-Al2O3-H2O 的膠體、硅鋁酸鹽離子液體、含鉀巖石熔解后的膠體及粉煤灰為原料熔解后的膠體共五種體系。膠體中較高的K+含量是合成沸石W 的關(guān)鍵因素，這是因為水合K+在沸石W 的合成過程中起到了模板劑的作用，具有穩(wěn)定沸石W 骨架結(jié)構(gòu)的功能。石勤等［10］采用分子動力學方法模擬了MER 型沸石骨架外水合陽離子的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)水合K+在MER 型沸石通道中非常有序，而水合Na+則雜亂無序，也從側(cè)面證明了上述觀點。

圖3 MER 型沸石骨架原子與骨架外K+之間的徑向分布函數(shù)［8］Fig.3 Radial distribution function between the framework atoms and extra-framework K+ of MER-type zeolite［8］.

利用K2O-SiO2-Al2O3-H2O 膠體合成沸石W是研究最多的體系。Skofteland 等［2］采用不同K+來源的膠體水熱合成了沸石W，發(fā)現(xiàn)膠體中的K+和OH-含量是控制晶體結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，合成沸石W 的最佳膠體組成為n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=7.5∶5∶1∶600（KOH 為K+源）和n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（KNO3）∶n（H2O）=2.5∶5∶1∶11∶600（KOH 和KNO3為K+源）。Maghsoodloorad 等［11-12］在膠體組成為n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=5.6∶6.4∶1∶164.6 時合成了高純度的沸石W，發(fā)現(xiàn)過量的K2O/SiO2摩爾比是合成沸石W 的關(guān)鍵，調(diào)整K2O/SiO2摩爾比在0.7 ～1.0 之間能夠合成純相沸石W。天然的和合成的MER 型沸石骨架硅鋁比均較低（1.67 ～2.40），Barrett 等［4］通過在膠體中添加有機模板劑四乙銨（TEA）和KOH，在膠體組成為n（K2O）∶n（TEA+KOH）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=2.76∶4.4∶10∶1∶150 的條件下，合成了骨架硅鋁比（3.8）較高的沸石W。

當膠體中含有Na+時，它對沸石W 的合成產(chǎn)生很大影響。Bieniok 等［3］通過在膠體中調(diào)節(jié)NaOH 和KOH 的添加量研究了Na2O-K2O-SiO2-Al2O3-H2O 膠體對合成沸石W 的影響，主要考察了過堿度和陽離子比值對合成沸石W 的影響。研究結(jié)果表明，過堿度在1.4 ～2.9 的范圍內(nèi)能夠合成沸石W，隨著過堿度的增加（從1.4 增至2.2），合成沸石W 的骨架硅鋁比減?。◤?.1 減至1.68）；陽離子比值每降低0.1（從0.8 降至0.4），沸石W的結(jié)晶度下降40%。石勤［13］以硅酸鈉為硅源、偏鋁酸鈉為鋁源、氫氧化鉀為礦化劑，系統(tǒng)地探究了含有Na+的膠體（Na+由原料引入）對合成沸石W的影響，并確定了合成沸石W 的膠體晶化區(qū)域（圖4 黑色虛線及其區(qū)域內(nèi)）；與不含Na+的膠體晶化區(qū)域（圖4 黑色實線及其區(qū)域內(nèi)）［2］相比，膠體中含有Na+時，膠體晶化區(qū)域明顯減小。

圖4 含有Na+和不含Na+的膠體合成沸石W 的膠體晶化區(qū)域的比較［2，13］Fig.4 Comparison of colloidal crystallization regions of zeolite W with and without Na+［2，13］.

以硅鋁酸鹽離子液體為原料合成沸石W 是一種新的合成策略。Haouas 等［14］首次利用硅鋁酸鹽離子液體合成了沸石W，發(fā)現(xiàn)沸石W 的合成產(chǎn)率隨離子液體中Al 含量的增大而增加，晶粒尺寸隨離子液體中Al 含量的增加從幾百微米減小到納米尺度；隨H2O 含量的增加，晶粒尺寸減小。Maarten等［15］以水合硅酸鹽離子液體為原料在不同溫度下合成沸石W，在膠體組成為n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=1∶0.5∶0.013∶8 的條件下，考察了反應(yīng)溫度對合成沸石的影響。研究結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度的升高，沸石W 晶體形貌變得細長。

以鉀長石、海綠石及鉀云母等含鉀巖石為原料，采用堿熔活化法分解含鉀巖石得到含K+的硅鋁酸鹽液體，再通過補加化學原料調(diào)整組成得到合成沸石W 的膠體，這種膠體不僅利用了含鉀巖石中的鉀資源，而且利用了巖石中的硅和鋁，具有良好的發(fā)展前景。曹吉林課題組［16-19］提出了以KOH、KOH-K2CO3和NaOH-Na2CO3為堿熔活化介質(zhì)分解含鉀巖石合成沸石W 的工藝，活化物料按n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=15∶10∶1∶760 調(diào)整膠體配比可合成純相沸石W，合成后的母液可循環(huán)用于合成沸石W，也可通入CO2副產(chǎn)白炭黑和K2CO3。Liu 等［20］利用鉀長石合成了沸石W，發(fā)現(xiàn)膠體陳化時間對合成沸石影響不大，沸石W 可在較寬的H2O/Al2O3摩爾比、反應(yīng)溫度和時間范圍內(nèi)合成。

粉煤灰是燃料（主要是煤）燃燒后的固體廢棄物，主要成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3等，將粉煤灰“變廢為寶”用于合成沸石是目前的研究熱點之一。由于不同來源的粉煤灰物化性質(zhì)差異較大，合成沸石W 的方法和反應(yīng)條件也不同。Medina 等［21］以墨西哥粉煤灰（MFA）為原料，采用直接法和堿熔法在n（KOH）∶n（MFA）=0.23 ～1.46、反應(yīng)溫度為90 ～175 ℃、反應(yīng)時間為8 ～24 h 的條件下均可合成沸石W。Li 等［22］采用直接法以中國新疆粉煤灰合成了沸石W，高質(zhì)量沸石W 的合成條件為KOH 溶液濃度為5 mol/L、KOH（溶液）/粉煤灰（固體）的比為2 L/kg、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間分別為150 ℃和8 h。Gamero-Vega 等［23］用KOH 活化預(yù)處理粉煤灰后，在KOH/粉煤灰的質(zhì)量比為0.33、n（SiO2）∶n（KOH）=1.64、n（H2O）∶n（SiO2）=17.08、n（SiO2）∶n（Al2O3）=3.90、反 應(yīng) 溫 度175 ℃和反應(yīng)時間16 h 的條件下合成了沸石W。

2.2 合成方法

合成沸石W 的主要方法是水熱合成法，此外還有干凝膠合成法、微波合成法和沸石轉(zhuǎn)晶法等。水熱合成法是在反應(yīng)釜中利用高溫高壓的水熱條件合成晶體的方法，具有設(shè)備簡單、操作容易、合成晶體粉末分散性好等優(yōu)點，在沸石合成中被廣泛使用。水熱合成沸石W 的溫度和時間范圍較寬，但也存在產(chǎn)率低、合成周期長的問題。例如，Skofteland 等［2］水熱合成沸石W 的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間為150 ℃和10 d；Maghsoodloorad 等［11］水熱合成沸石W 的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間為165 ℃和3 d；Bieniok 等［3］水熱合成沸石W 的反應(yīng)溫度為150 ℃，反應(yīng)時間為29 h 或24 h。

干凝膠合成法以硅鋁干凝膠為硅鋁源、氫氧化鉀為堿源，添加少量水，晶化合成沸石W，該方法具有良好的應(yīng)用前景。Hu 等［24］采用干凝膠合成法在膠體組成為n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=3.75∶10∶2∶74、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間為150 ℃和12 h 的條件下合成了高結(jié)晶度的沸石W。與水熱法相比，干凝膠合成法的水量減少、晶化時間縮短、原料利用率和產(chǎn)率提高。

微波合成法與水熱法相似，是利用微波輻射代替水熱加熱反應(yīng)物，具有加熱速率快的特點，但成本高。Liu 等［20］分別采用微波合成法和水熱法合成了沸石W，發(fā)現(xiàn)微波加熱的合成速率是水熱加熱的2 ～3 倍，主要原因是反應(yīng)初始階段利用微波加熱提升了沸石W 的合成速率，所以采用微波（前期加熱）和水熱（后期加熱）聯(lián)合加熱是一種合成沸石W的良好策略。Cheong 等［25］采用微波加熱法，在膠體組成為n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=3.5∶7∶1∶196、反應(yīng)溫度為180 ℃的條件下，將合成沸石W 的時間縮短到12 min。

沸石轉(zhuǎn)晶法是以沸石為原料合成另一種目標沸石的方法。胡成玉等［26］以KOH 為結(jié)構(gòu)導向劑、Y 型沸石（HY 和NaY）為原料，在水熱條件下轉(zhuǎn)晶合成了沸石W。研究結(jié)果表明，H2O/SiO2摩爾比和KOH/SiO2摩爾比對Y 型沸石的轉(zhuǎn)晶具有很大的影響，利用轉(zhuǎn)晶法縮短了沸石W 的合成周期。

3 MER 型沸石的應(yīng)用

3.1 海水鹵水提鉀

鉀鹽是重要的農(nóng)業(yè)及工業(yè)原料，而鉀鹽在我國屬于稀缺資源。海水和鹵水中含有大量的K+，且我國具有豐富的鹵水資源和較長的海岸線，因此開發(fā)海水鹵水提鉀工藝具有重要意義。沸石法海水鹵水提鉀技術(shù)展現(xiàn)了良好的工業(yè)應(yīng)用前景，但沸石對K+吸附容量小，選擇性低，導致能耗過高，所以選擇吸附性能良好的沸石至關(guān)重要。MER 型沸石硅鋁比低，骨架電負性大，需要較多的骨架外陽離子來平衡沸石骨架電負性，是目前報道中對K+吸附量最大的沸石。石勤等［8］采用密度泛函理論計算得到MER 型沸石對K+的理論吸附量為171.4 mg/g，并模擬了MER 型沸石離子交換的熱力學性質(zhì)。研究結(jié)果表明，鈉型及銨型沸石與溶液中K+的交換為放熱反應(yīng)，銨型沸石與溶液中Na+的交換為吸熱反應(yīng)；實驗合成的沸石W 改性后用于模擬海水中K+的吸附動力學實驗，在模擬海水中銨型沸石對K+的吸附速率快于鈉型沸石，鈉型及銨型沸石對模擬海水中K+的吸附均屬于準二級反應(yīng)，膜擴散是控速步驟［27］。Hou 等［28］采用水熱法合成了沸石W 并用于海水吸鉀，發(fā)現(xiàn)沸石W 對K+的吸附速率很快，20 min 即可達到吸附平衡，平衡吸附量為54.9 mg/g，在Na+-K+混合溶液中對K+的選擇性為85.6。Jin 等［29］考察了沸石W 的合成條件對吸附海水中K+的影響，在最佳條件下合成的沸石W 對海水中K+的吸附量達58.7 mg/g。Chen等［30］以多孔陶瓷管α-Al2O3作為支撐管水熱合成了MER 型沸石膜并用于海水提鉀，該沸石膜在室溫下經(jīng)過108 h 的連續(xù)離子交換反應(yīng)，對K+仍表現(xiàn)出較大的選擇性。

3.2 工業(yè)催化

沸石作為催化劑的載體在工業(yè)催化中占有舉足輕重的地位。MER 型沸石是一種微孔、低硅鋁比的沸石，在小分子催化中具有潛在的應(yīng)用前景。Seo 等［31］采用水熱法和微波法分別合成了較高硅鋁比的沸石W，發(fā)現(xiàn)它們均具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和適宜的酸性，合成的沸石W 作為催化劑載體用于甲醇脫水制二甲醚反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為325 ℃時，甲醇的轉(zhuǎn)化率分別達到28%（微波法）和43%（水熱法），二甲醚的選擇性高達100%，連續(xù)運行37 h 后沒有發(fā)現(xiàn)焦炭，說明催化劑具有較長壽命，這歸因于沸石W 具有較弱的酸性位。

催化裂化汽油具有高硫和高烯烴含量的特點，對其進行加氫改質(zhì)的關(guān)鍵是脫硫，難點在于盡可能降低硫含量的同時還要盡量保持辛烷值，即避免烯烴過度飽和導致辛烷值大幅下降。沸石W 與其他沸石復合生長制備的催化劑具有適宜的酸性和較大的比表面積及孔徑，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。段愛軍課題組［32-35］制備了L/W 復合分子篩和W-MCM-41 復合分子篩，并用于催化裂化汽油加氫改質(zhì)。研究結(jié)果表明，L/W 復合分子篩中L 分子篩部分生長在W 分子篩的表面上，具有更大的比表面積、孔體積以及平均孔徑，并且具有更多的酸性中心和適宜的L/B 酸比；復合催化劑具有良好的異構(gòu)和芳構(gòu)化性能，從而補償了因烯烴飽和所造成的辛烷值損失，在催化裂化汽油加氫改質(zhì)中表現(xiàn)出更高的脫硫活性以及更少的辛烷值損失。以沸石W 為前體，采用水熱法自組裝制備的微/介孔分子篩W-MCM-41 兼具了介孔MCM-41 分子篩和微孔沸石W 的優(yōu)點，具有良好的比表面積和孔體積，在催化裂化汽油加氫反應(yīng)中也表現(xiàn)出良好的芳構(gòu)化和異構(gòu)化性能，具有較高的加氫脫硫活性以及較少的辛烷值損失。

硅鋁沸石中帶有負電荷的骨架氧原子是堿性位，堿性大小取決于骨架Al 含量和骨架外陽離子的類型，骨架Al 含量越高（硅鋁比越低），骨架氧原子鄰近的堿金屬離子半徑越大，骨架氧原子的堿性越強［36］。沸石W 是一種低硅鋁比沸石，相當于一種固體弱堿，可用作堿性催化劑。Cheong 等［25］采用微波法合成了硅鋁比為2.28 的沸石W，將其作為堿性催化劑用于香蘭素與硝基乙烷制備香蘭素2-硝基丙烯的反應(yīng)中。研究結(jié)果表明，納米尺度的沸石W 具有良好的催化性能，以香蘭素2-硝基丙烯為唯一產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率達到了86.5%，催化劑經(jīng)過5 次循環(huán)利用后，雖然有少量的損失，但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性均無明顯損失。Cheong 等［37］通過改變合成參數(shù)得到了四種不同形貌的沸石W，即納米狀、子彈狀、棱柱狀和麥穗狀。表征結(jié)果顯示，不同形貌的沸石W 雖然具有相近的骨架硅鋁比（2.29），但具有不同的比表面積，沸石W 的總活性位點（弱、中、強堿性強度）與比表面積成線性正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.954）。他們還研究了不同形貌的沸石W 作為堿性催化劑對甲醇和丙烯腈的氰乙基化反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)納米狀的沸石W具有最佳的催化性能（甲醇轉(zhuǎn)化率達94.1%，產(chǎn)物選擇性100%）。催化劑的催化活性與催化劑的形貌密切相關(guān)，因為不同形貌的催化劑暴露的堿性活性位數(shù)量不同，而催化劑的活性與反應(yīng)物可達催化活性位點的數(shù)量直接相關(guān)。

3.3 氣體分離

選擇性地從CH4中分離CO2對于天然氣和沼氣等燃氣的純化具有重要意義，MER 型沸石作為沸石膜或吸附劑能夠很好地完成這一任務(wù)。石勤等［38］采用分子模擬技術(shù)揭示了MER 型沸石吸附分離CO2/CH4的機理，CO2和CH4的平衡吸附量與沸石的自由體積和比表面積大小順序一致，且近似成線性關(guān)系；與其他沸石相比，MER型沸石具有相當或更大的CO2吸附量，且具有較高的吸附選擇性。MER 型沸石對CO2/CH4的吸附選擇性高有兩方面原因:一方面，骨架外陽離子與CO2的作用力很強，為CO2提供了大量的活性位；另一方面，MER 型沸石的擴散孔徑介于CO2和CH4的動力學直徑之間，擴散通道有利于CO2（動力學直徑0.33 nm）通過，而阻礙CH4（動力學直徑0.38 nm）擴散。Yeo 等［39］采用水熱晶種法制備了MER 型沸石膜，該沸石膜對CO2表現(xiàn)出很高的選擇性和滲透性，并指出對CO2/CH4的高選擇性是CO2優(yōu)先吸附與分子篩篩分效應(yīng)結(jié)合的結(jié)果。Mirfenderesk［40］合成了用于分離CO2/CH4的高滲透性MER 型沸石膜，并考察了合成工藝參數(shù)對該沸石膜的滲透性和選擇性的影響，最佳沸石膜對CO2/CH4的選擇性為20.1，CO2滲透量為2.5×10-8mol/（m2·s·Pa）。Georgieva 等［6］研究了不同陽離子交換的MER 型沸石對CO2的吸附性能，結(jié)果表明，MER 型沸石是一種柔性結(jié)構(gòu)沸石，在298 K、100 kPa 下，K-MER 型沸石對CO2的吸附量達3.5 mmol/g，CO2/CH4吸附選擇性高達850（298 K，50 kPa，CO2/CH4的摩爾比為20∶80）；穿透曲線表明K-MER 型沸石對分離CO2/CH4具有良好的動力學性質(zhì)。

3.4 工業(yè)脫水

采用沸石膜在酸性環(huán)境下對有機溶劑脫水具有重大的工業(yè)應(yīng)用價值。MER 型沸石因其獨特的擴散通道、良好的機械和熱穩(wěn)定性、較大的吸水容量（0.56 mL/g）［23］、較好的親水性和耐酸性，在酸性條件下對有機溶劑脫水表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。Hasegawa 等［41］以α-Al2O3為支撐管制備了MER型沸石膜，在573 K 及pH=4 的乙酸酸性溶液中均具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；在350 K 時，滲透蒸發(fā)分離乙醇水溶液中水的滲透通量和選擇性分別達到1.9 kg/（m2·h）和9 300；制備的沸石膜還用于分離含水的不同有機溶劑，當有機分子直徑大于乙醇分子直徑時，MER 型沸石膜對水分子的分離因數(shù)隨有機分子直徑的增大而增大，而它對甲醇水溶液的分離因數(shù)較小，是因為甲醇分子較小進入了沸石通道，阻礙了水分子的擴散，說明MER 型沸石膜的擴散孔徑是篩分水和有機溶劑的關(guān)鍵因素；與其他沸石（LTA，T，MOR）膜相比，MER 型沸石膜在有機溶劑脫水中具有較高的穩(wěn)定性、滲透和分離能力。Nagase 等［42］分別采用K-MER、K-CHA 和Na-PHI 沸石作為晶種制備了MER 型沸石膜，并用于乙醇溶液脫水。實驗結(jié)果表明，MER 型沸石膜具有很強的親水性，它對溶液的滲透性和選擇性由沸石膜和底部晶種粒子共同決定，選擇親水性的晶種可以提高分離選擇性。

3.5 其他領(lǐng)域

MER型沸石還被用于緩釋鉀肥和水溶液脫砷。Li 等［22］利用沸石W 具有較高K+吸附容量的優(yōu)點，以粉煤灰為原料合成了沸石W，并將其作為緩釋鉀肥用于農(nóng)作物生長，通過向日葵生長實驗發(fā)現(xiàn)沸石W 是一種良好的緩釋鉀肥，它與氮肥和磷肥（如磷酸銨鎂）混合可廣泛用于缺乏營養(yǎng)的土壤中以滿足農(nóng)作物的高營養(yǎng)要求。Flores 等［43］以巴西粉煤灰為原料合成了沸石W，測得沸石W 對K+離子的交換容量為102.2 mg/g，可將其置于小麥栽培土壤中作為釋放鉀元素的肥料，與農(nóng)業(yè)上最常用的鉀肥相比，沸石W 對植物具有良好的養(yǎng)分釋放效率。

Medina 等［21］將合成的沸石W 經(jīng)硫酸鋁改性后用于水溶液脫砷，發(fā)現(xiàn)改性后的沸石W 在水溶液中對砷的吸附速率非?？欤? min 內(nèi)即可使砷的質(zhì)量濃度由740 μg/L 降至10 μg/L，回收率高達99%。

4 結(jié)語

與商業(yè)化的A，X，ZSM-5 等沸石相比，MER 型沸石的研究報道相對較少，但MER 型沸石因其獨特的結(jié)構(gòu)，在很多工業(yè)領(lǐng)域均展示出潛在的應(yīng)用前景，將會受到了越來越多的關(guān)注。為進一步認識MER 型沸石并加快其工業(yè)化應(yīng)用進程，今后應(yīng)從以下幾個方面加強研究:1）利用實驗和分子模擬互補技術(shù)深入探究MER 型沸石的結(jié)構(gòu)及其在不同應(yīng)用領(lǐng)域的工作機制，精準調(diào)控MER 型沸石結(jié)構(gòu)以獲得良好的應(yīng)用性能；2）選擇廉價易得的原料，開發(fā)快速高效、安全綠色的沸石W 合成工藝，尤其是根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的工藝特點，開發(fā)適合不同工藝特點的沸石W 合成路線；3）在不同的原料、合成方法和條件下，往往合成出晶粒形狀及尺寸不同的沸石W，有必要研究這些因素對應(yīng)用性能的影響。