從Zeolite的發現到今天,人們對這種神奇、有趣且有用的材料的科學研究和使用的興趣不斷增長。
天然沸石是水合硅鋁酸鹽材料。初級構建單元(PBU)是Si和Al氧化物的四面體,它們通過氧離子互連成二維和三維次級單元(次級構建單元[SBU])。沸石網絡由充滿水合堿金屬和堿土金屬離子的通道和空腔組成。由于這些金屬離子在沸石結構中的存在,金屬離子的正電荷與沸石網絡的負電荷之間達到平衡。
沸石的水合和脫水特性對于發現其物理和化學特性及其更廣泛的用途至關重要,這就是為什么這種礦物被命名為“沸石”(ζ?ω(zéō)意為“沸騰”,λ?θο?(líthos)意為“石頭”)。
與天然沸石在玄武巖空腔中形成晶體或在相對低溫的不同地質環境中形成火山凝灰巖不同,合成沸石是在實驗室條件下通過水熱合成產生的。在某些化合物(“模板”或結構導向劑(SDA))存在的情況下進行水熱合成過程中,這些化合物作用于SBU的組織并隨后形成三級或復合結構單元(TBU),最終結晶沸石在包含Si-O-Al鍵的多面體形式。沸石合成過程中動力學過程的控制尤其重要,因為通過該過程產生的大多數沸石都是亞穩態相。
沸石材料是在18世紀發現的,當時瑞典化學家、現代礦物學創始人BaronAxelFredrikCronstedt發現,在加熱礦物“輝沸石”期間,其表面會出現水分。他的發現開始了天然沸石的化學、物理和礦物學特性的研究。
盡管在發現時沸石的結構研究能力有限(與當今的現代方法不同),但研究人員為當今天然和合成沸石的應用奠定了基礎。根據Cronstedt的觀察和研究,根據現有文獻,在19世紀中葉,合成了第一個合成沸石-列文石,而在20世紀上半葉(第一次對沸石材料進行結構分析后),一種合成的類似沸石-絲光沸石合成。對沸石的合成以及物理和化學性質(吸收、離子交換、脫水)的深入研究使沸石的工業應用成為可能。沸石的重大發現和研究,以及現代沸石科學的開端(與新儀器技術的發展并行)。
沸石市場(天然和合成產品)在各大洲都有發展,沸石的最大市場在美國,其次是亞太地區、中國、印度、歐洲和其他市場。全球沸石市場份額(按產品)表明,合成沸石的份額比天然沸石更大。2016年沸石全球市場估計為290.8億美元,預計2016年至2022年期間將增長2.5%。因此,沸石全球市場到2022年可達到33.8美元。
市場研究公司已發布報告,其中介紹了以下內容:特定估計時期內按產品、應用和地區劃分的沸石市場規模、份額和趨勢分析報告。他們的一些數據如表1所示。復合年增長率(CAGR)的價值是指COVID-19大流行之前的估值。
市場研究公司估計,考慮到原材料價格高、原材料運輸成本高以及特定工業領域替代材料的可用性等限制,天然沸石市場到2030年將增長放緩。應用(例如酶、金屬和催化過程中的其他化合物)。然而,天然沸石與其他材料相比具有優勢,因為它們無毒且生態可接受,因此這些材料可以滿足環境保護法規定的要求。
與天然沸石不同,預計到2030年對合成沸石的需求將在工業應用領域增長。全球市場取決于一系列因素,例如政治和經濟形勢以及其他無法影響或預測的因素。其中一個因素是COVID-19大流行,它(根據初步預測)導致市場狀況發生變化,減緩了技術進步和新生產的開始,并使基于沸石材料的新產品難以推向市場。
今天,人類面臨著許多威脅,例如(i)氣候變化引起的干旱和淡水短缺,(ii)政治和經濟不穩定,以及(iii)SARS-CoV-2大流行等危險的流行病,它導致科學研究、經濟增長和發展的放緩,甚至給人類的生存帶來了問題。隨著目前沸石在農業、畜牧業、水處理、眾多行業(化工、石油、建筑等)、生物技術、醫藥等方面的應用,沸石應用的未來為研究、開發和技術應用開辟了新的可能性在尚未發現的領域,如藥物和抗菌應用,這將為沸石開辟新的全球市場。
此外,沸石在有助于減少CO2排放(導致氣候變化的溫室氣體之一)的技術中的應用可能對其未來的使用起到重要作用。