沸石分子筛是一族含碱或碱土金属、具有连通孔道并呈架状结构的硅酸盐或硅铝酸盐矿物，是天然分子筛（即沸石矿）与人工合成分子筛的总称。其天然矿物由瑞典矿物学家A.F.Cronstedt于1756年研究铜矿时发现，从此便揭开了人类研究沸石的序幕。由于沸石矿具有大小固定且规整的孔道，且孔穴、孔径分布窄，只允许小分子物质进入孔穴，从而使沸石具有分子筛的作用；再加上沸石分子筛具有阳离子交换、催化、耐酸耐热等特性，因此可广泛应用于石油化工、水泥建材、有机合成、环境保护、农牧业等领域。

在大气环境污染治理中的应用进展

1、治理大气污染中的二氧化硫

煤炭燃烧、化工生产及含硫矿石的冶炼等产生的SO2气体，在空气中易形成酸雨污染水体、腐蚀建筑物等，SO2气体也是中国重点治理的污染物之一。沸石分子筛具有大量尺寸固定、与外界相通的孔穴及孔道，表现出高效选择吸附性，因此在烟气脱硫方面得到广泛应用。20世纪70年代，工业上已实现利用天然沸石吸附硫酸/硝酸厂尾气中的SO2和NOx，吸附后的沸石在约300℃的温度下可还原再生，并回收酸性气体。为进一步提高选择吸附性，提高利用率，研究者针对不同吸附质探讨吸附机理做了大量研究，并取得较好效果。

研究了4A、5A和13X（有效孔径分别为0.4、0.5、0.9nm）3种合成沸石分子筛在一定实验条件下对SO2（分子碰撞直径0.4112nm）的吸附穿透曲线。结果表明：当沸石分子筛有效孔径略大于吸附质SO2的分子碰撞直径时，吸附效果最好。实验以N2为载体，在温度为80℃、气体流量为0.7L/min、SO2初始质量浓度为5.71g/m3（体积分数为0.2%）的条件下，5A沸石分子筛吸附效果最好，此时穿透时间为74min、平衡吸附量为97.1mg/g；同样条件，当沸石分子筛有效孔径过大（13X）时，吸附选择性减弱，对专项气体吸附不利，穿透时间和平衡吸附量均减小；对于有效孔径小于分子碰撞直径的4A分子筛，则基本没有脱硫效果。沸石分子筛对气体分子的吸附除与有效孔径有关外，还与沸石的比表面积、孔容等有关。

通过对4A、ZSM-3（38）、13X等3种沸石分子筛在以N2为载体、混合11.04%（体积分数）的CO2、SO2初始质量浓度为5.26g/m3、混合气流量为285mL/min条件下进行了SO2吸附特性研究，实验结果如表1所示。由表1可见，虽然13X沸石分子筛的有效孔径比略大于SO2碰撞直径（0.4112nm）的ZSM-3（38）分子筛有效孔径大，对SO2的吸附选择性相对较弱，但由于其比表面积和孔容均较大，因此对SO2的综合吸附效果最好。除了利用沸石分子筛选择吸附特性脱硫外，还可通过离子交换改性进行烟气净化。研究了用过渡金属M（Cu、Au、Ag）交换H-ZSM分子筛吸附CO、NO、SO2等小分子。结果发现，吸附后的小分子键变长，与吸附键级守恒原理相符。吸附过程中，金属中心M的电子结构由d10变为s1d9，M的d电子转移到小分子，达到活化小分子的目的，使其易被吸附。对小分子NO、CO、H2O的吸附能由大到小依次为Au?ZSM-5＞Cu-ZSM-5＞Ag-ZSM-5，对SO2吸附能由大到小顺序为Cu-ZSM-5＞Au-ZSM-5＞Ag-ZSM-5。

进行了用硝酸盐改性斜发沸石脱硫的研究。结果发现，改性沸石分子筛对SO2的吸附还与交换阳离子的类型有关（Mg2+＜K+＜Na+），钠盐改性后的沸石对SO2吸附量明显增加，原因可能是SO2偶极矩与Na+产生的导电能之间相互作用所致。

2、治理大气污染中的氮氧化物

沸石分子筛具有良好的离子交换、吸附及催化功能，在烟气脱硝方面也有较好的效果。研究了不同金属离子（碱或碱土金属离子、过渡及稀土金属离子）的硝酸盐溶液改性Y型分子筛在300K下对NO的吸附。结果表明：碱及碱土金属离子、稀土金属离子改性后，对NO的穿透时间及吸附量均有所增加，但提高幅度不大；过渡金属改性后吸附效果有较大提高，尤其Co2+改性对NO吸附效果最好：在300K下，流量为60mL/min，对浓度为70μg/g的NO吸附量为4.74mmL/g，穿透时间为957s。但有O2存在时，NO在沸石分子筛上既有吸附也有转化作用，且当O2体积分数低于10%时，NO转化为NO2的转化率较高。此外，还可通过分解的方法来达到脱硝目的。在分子筛中加入NH4HCO3，并采用微波同时实现脱硫脱硝，且效率均比单独使用沸石分子筛高，在微波功率为211~280W时，最佳脱硫率达99.1%，脱硝率达85%。分析原因，可能是由于NH4HCO3分解产生的NH3与SO2、NO反应生成了硫磺和N2。沸石分子筛还可作为催化剂来分解NOx，从而净化烟气。利用过渡金属阳离子（Co、Cu、Fe）改性不同构型沸石分子筛（MCM-49、MOR、BEA、FER）来催化分解N2O，通过表征发现改性金属主要以离子态的形式存在于分子筛上，且为N2O催化分解的活性中心。Fe、CO改性的沸石分子筛具有较高的N2O催化分解活性，其中对BEA分子筛改性后的催化活性最高，经分析这与BEA分子筛具有较大的比表面积和孔容有直接关系。

3、吸附大气污染中的其他有害气体

利用沸石分子筛规整的骨架结构、均匀的孔径分布及可调变的表面性质，可吸附分离空气中的CO、CO2等温室气体。用黏土矿物将沸石分子筛制备成型，其对CO/N2的分离选择性系数达3.77，符合变压吸附（简称PSA）对吸附剂的要求；且引入淀粉助剂后，对CO吸附容量为34.59mL/g，CO/N2的分离选择性系数达到4.71。的研究表明，13X分子筛在CO2/N2混合气进行分离中对CO2具有很高的选择吸附性，还吸附硫化氢、氨及胺类含氮化合物等并除臭，且载上铁等金属氧化物后，在常温下恶臭成分在空气中即可发生氧化分解；在天然气的干燥和净化、汽车尾气（有效转化NOx，转化率达70%）处理、催化降解香烟烟气中的多环芳烃等有毒物质、吸附垃圾填埋场的CO2、净化甲烷气体提高热值、吸附VOCs和汞蒸气及对乙酸乙酯、芳烃等含氧衍生物的催化转化等方面均有应用报道。