分子篩

一種人工合成的具有篩選分子作用的水合矽鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。其化學通式為(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分別為一價、二價陽離子如K+、Na+和Ca22+、Ba22+等。它在結構上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開。根據SiO2和Al2O3的分子比不同，得到不同孔徑的分子篩。其型號有：3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10Z(鈣Z型)、13Z(鈉Z型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。它的吸附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用於有機化工和石油化工，也是煤氣脫水的優良吸附劑。在廢氣淨化上也日益受到重視。

基本介紹

• 中文名：分子篩
• 外文名：molecular sieve
• 本質：一種水合矽鋁酸鹽或天然沸石
• 特點：有許多孔徑均勻的孔道和孔穴
• 性能：吸附性、離子交換性、催化性能
• 套用：催化劑、吸附劑

簡介

自然界中存在一種天然矽鋁酸鹽，它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質稱為沸石，人工合成的沸石也稱為分子篩。分子篩的化學組成通式為：(M)_2/nO· Al₂O₃·xSiO₂·pH₂O，M代表金屬離子(人工合成時通常為Na)，n代表金屬離子價數， x代表SiO₂的摩爾數，也稱為矽鋁比，p代表水的摩爾數。分子篩骨架的最基本結構是 SiO₄和AlO₄四面體，通過共有的氧原子結合而形成三維網狀結構的結晶。這種結合形式，構成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由於結構不同，形式不同，“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結構。A型、X型和Y型分子篩的晶體結構見圖1，圖2。

圖1 A型分子篩的主要結構

由於AlO₄四面體具有一個負電荷，可以結合鈉等離子，成為電中性。在水溶液中，Na 很容易與其他陽離子交換。大多數分子篩催化劑是多價金屬陽離子或H的交換物，分子篩具有酸性和對分子大小的選擇性，可以作為催化劑或載體使用。高二氧化矽沸石對有機基團表現出很高的親和力，相比之下，低二氧化矽沸石由於具有Lewis和Bronsted酸特性而表現出親水性。矽及鋁原子通過氧構成氧環，氧環的大小決定沸石的細孔孔徑。每個氧環的氧原子數目為4～12個。通常具有分子篩作用的有八元環(0.4～0.5nm)、十元環 (0.5～0.6nm) 及十二元環 (0.7～ 0. 9nm)。
具有十二元氧環的有Y型分子篩 (x= 3.1～6.0)和絲光沸石(x=9～11)。前者可用做裂化催化劑、雙功能催化劑，後者可用作甲苯的歧化催化劑。

圖2 X型和Y型分子篩的主要結構

十元氧環的有ZSM-5、ZSM-11等部分 ZSM系列分子篩。

八元氧環的有A型分子篩(x=2)、T型分子篩及ZSM-34等。它們的孔很小，只有直鏈烴才能進入到細孔中。以分子篩為催化活性組分或主要活性組分的催化劑稱為分子篩催化劑。分子篩具有離子交換性能、均一的分子大小的孔道、優異的酸催化活性、並有良好的熱穩定性和水熱穩定性。可製成對許多反應有高活性、高選擇性的催化劑。

分類

按催化性質，分子篩催化劑可以分為以下幾點：

(1) 酸催化劑，利用分子篩的表面酸性進行催化反應。

(2)雙功能催化劑，分子篩可以負載鉑、鈀類的金屬，得到兼有金屬催化功能和酸催化功能的雙功能分子篩催化劑。

(3) 擇形催化劑，由於分子篩的催化作用一般發生在晶體內空間，分子篩的孔徑大小和孔道結構對催化活性和選擇性有很大的影響。分子篩具有規整而均勻的晶內孔道，而且孔徑大小接近於分子尺寸，使分子篩的催化性能隨反應物分子、產物分子或反應中間物的幾何尺寸的變化而顯著變化。

沸石分子篩的性能

吸附性能

沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產生的一種“表面力”，當流體流過時，流體中的一些分子由於做不規則運動而碰撞到吸附劑表面，在表面產生分子濃聚，使流體中的這種分子數目減少，達到分離、清除的目的。

由於吸附不發生化學變化，只要設法將濃聚在表面的分子趕跑，沸石分子篩就又具有吸附能力，這一過程是吸附的逆過程，叫解析或再生。

由於沸石分子篩孔徑均勻，只有當分子動力學直徑小於沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內部而被吸附，所以沸石分子篩對於氣體和液體分子就猶如篩子一樣，根據分子的大小來決定是否被吸附。

由於沸石分子篩晶穴內還有著較強的極性，能與含極性基團的分子在沸石分子篩表面發生強的作用，或是通過誘導使可極化的分子極化從而產生強吸附。

這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。

離子交換性能

通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補償離子一般是質子和鹼金屬或鹼土金屬，它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價態的金屬離子型沸石分子篩。

離子在一定的條件下，如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。在水溶液中，由於沸石分子篩對離子選擇性的不同，則可表現出不同的離子交換性質。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應是自由擴散過程。擴散速度制約著交換反應速度。

通過離子交換可以改變沸石分子篩孔徑的大小，從而改變其性能，達到擇形吸附分離混合物的目的。

沸石分子篩經離子交換後，陽離子的數目、大小和位置發生改變，如高價陽離子交換低價陽離子後使沸石分子篩中的陽離子數目減少，往往造成位置空缺使其孔徑變大；而半徑較大的離子交換半徑較小的離子後，則易使其孔穴受到一定的阻塞，使有效孔徑有所減小。

催化性能

沸石分子篩具有獨特的規整晶體結構，其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構，並具有較大比表面積。

大部分沸石分子篩表面具有較強的酸中心，同時晶孔內有強大的庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能優異的催化劑。

多相催化反應是在固體催化劑上進行的，催化活性與催化劑的晶孔大小有關。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時，催化反應的進行受到沸石分子篩晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形狀都可以對催化反應起著選擇性作用。在一般反應條件下沸石分子篩對反應方向起主導作用，呈現了擇形催化性能，這一性能使沸石分子篩作為催化新材料具有強大生命力。

沸石分子篩的套用

乾燥及淨化領域的套用

（1）脫水。利用低矽鋁比的沸石分子篩（如 A型，X型等）的極性親水性，可以進行空氣的乾燥。另外近年來將乙醇摻入汽油中替代部分汽油受到廣泛重視，作為燃料的乙醇要求其中的水含量低於 0.8%，而由於乙醇和水的共沸，使得通過精餾只能得到 95%的乙醇，對於含水量較低的乙醇脫水，沸石分子篩吸附脫水是最優的選擇。

此方法中套用的沸石分子篩是A 或X型，而KA 型最好，這一方面利用了 A型沸石分子篩的極性，另一方面由於KA沸石分子篩的孔道直徑約 0.3nm，水分子可自由進入，而乙醇分子直徑大於 0.3nm 不能進入沸石分子篩的孔道。此種沸石分子篩脫水工藝是工業上生產燃料乙醇的首選工藝。

（2）淨化空氣中的污染物。隨著工業的迅速發展，H₂S、SO₂、NO_X以及甲醛的排放量日益增多，造成的污染給人們的生活和環境帶來了嚴重的危害。

吸附分離領域的套用

（1）混合二甲苯的分離。混合二甲苯一般用作溶劑和汽油摻合劑廉價出售，資源浪費十分嚴重。但混合二甲苯的四個異構體：乙苯、對二甲苯、間二甲苯和鄰二甲苯都是重要的化工原料，因此有必要將其逐一分離。

混合二甲苯的分離方法很多，如精餾法、精密精餾法、加壓結晶法、深冷結晶法等是傳統的分離方法，但它們的共同缺點是能耗大、設備龐大、操作要求高。

吸附分離法是一種高效的分離方法，其關鍵是吸附劑的製備。由於沸石分子篩其結構的特殊性及種類的多樣化，以沸石分子篩為吸附劑來分離混合二甲苯具有很好的套用前景

（2）N₂/ O₂的分離。在變壓吸附（PSA）法中，沸石分子篩是利用N₂/O₂兩氣體在其表面平衡吸附的差異，選擇性地吸附 N₂。因為 N₂的極化率較大，從而 N₂與沸石分子篩中的陽離子及其極性表面作用強於 O₂。LiA 型沸石分子篩具有更高的 N₂/O₂選擇比及 N₂吸附容量，但熱穩定性較差。於是，Li⁺、鹼土金屬混合陽離子交換後的 A型沸石分子篩具有較高的 N₂/O₂選擇分離係數、N₂吸附容量和較高的熱穩定性。另外低矽鋁比的 X型沸石分子篩引起了人們的關注。人們對其進行了各種離子交換，其 N₂/O₂分離選擇性較高且熱穩定性較好。

（3）提高汽油辛烷值。由於異構烷烴的辛烷值大大高於正構烷烴，因此利用吸附分離法可以脫除正構烷烴。實際套用中一般將吸附分離與 C₅/C₆烷烴異構化相配合，將通過吸附分離出來的正構烷烴進行異構化，從而更大程度的提高汽油的辛烷值。A 型沸石分子篩中的鈉離子被鈣離子交換達 40%以上時，它的有效孔徑可增大至 0.5nm，能滿足此分離的要求，分離中烴類混合物通過吸附床層，正構烷烴由於分子外形尺寸小於沸石分子篩孔徑尺寸可以自由進入其孔道中被吸附，異構烷烴的分子尺寸較大不能進入，則流出吸附床層為富含異構烷烴高辛烷值的物料。吸附床層吸附飽和後，用脫附劑將正構烷烴脫附送去異構化反應。

催化領域的套用

沸石分子篩具有複雜多變的結構和獨特的孔道體系，是一種性能優良的催化劑。ZSM- 5 與Y型沸石分子篩共同作用套用於 FCC 反應，以獲得較高產率的汽油、丙烯和丁烯。MCM- 22 沸石分子篩在烷基化反應上具有顯著的優勢，例如 MCM- 22 作為液相烷基化催化劑催化苯和乙烯反應製備乙苯，不僅提高了乙苯選擇性，並且 MCM- 22 本身的穩定性高，用量少，可以在反應器中進行原位再生，而其它種類催化劑則必須從反應器中取出另行再生。在短鏈烷基取代芳烴的合成反應上，MCM- 56 有更好的活性，並且不容易失活。ZSM- 22 在許多工藝中用作催化劑，但主要是用於丁烯骨架異構和正庚烷異構化兩個方面。

分子篩作為催化劑的主要套用見下表。

表1 主要分子篩催化劑舉例

催化過程	催化劑類型	催化劑舉例
石油催化裂化加氫裂化	固體酸雙功能	稀土-Y型分子篩、超穩-Y型分子篩鈀-超穩Y型分子篩、鉬-鎳超穩Y型分子篩、; 鎢-鎳超穩Y型分子篩
C5和C6烷烴異構化柴油或潤滑油臨氫降凝; 選擇重整; 二甲苯異構化; 甲苯歧化; 烷基化(乙苯合成); 甲醇合成汽油	雙功能雙功能、擇形; 雙功能、擇形; 雙功能、擇形; 固體酸、擇形; 固體酸、擇形; 固體酸、擇形	鉑-絲光沸石鈀-絲光沸石、鈀-鋅-ZSM-5分子篩; 鈀-毛沸石、菱沸石; 鉑-絲光沸石; 絲光沸石、ZSM-5型分子篩; ZSM-5型分子篩; ZSM-5型分子篩

沸石分子篩的結構

沸石分子篩材料的廣泛套用（例如：吸附分離、離子交換、催化），是與其結構特點密不可分的。例如，吸附分離性能取決於分子篩的孔道和孔體積的大小；離子交換性能取決於分子篩中陽離子的數目、位置及其孔道的可通行性；催化過程中表現出的擇形性與分子篩的孔道尺寸、走向相關，而催化反應中的中間產物以及最後產品和分子篩的孔道維數或其籠結構相關。因此，分子篩的結構是研究分子篩材料的基本問題。

結構單元

首先從最簡單的基本結構單元進行研究。通常來講，沸石分子篩都是一個個四面體通過共用頂點來堆積得到的，所以一個四面體就是一個初級的結構單元(TO₄四面體)。例如：對於silicalite-1沸石分子篩來講，它的初級結構單元是矽氧四面體（[Si O4]0），並且這個四面體結構單元呈現電中性，這些矽氧四面體通過共用氧原子的連線，形成了具有MFI結構的沸石分子篩。在合成中模板劑和吸附水是存在於它的孔道中的。當然，當在合成體系中有鋁存在的條件下，則有兩種四面體：矽氧四面體（[Si O4]0）和鋁氧四面體（[Al O4]-），並且鋁氧四面體是存在一個負電荷的，通過組裝合成了矽鋁的具有MFI結構的分子篩，由於這種結構本身帶有一定的負電荷，因此必然要通過額外的陽離子來平衡，使其整體最終呈現電中性。而磷鋁分子篩則是磷氧四面體（[PO4]+）和鋁氧四面體（[Al O4]-）嚴格交替構成，骨架呈電中性。當然，在初級結構單元與初級結構單元的連線中，要遵守Lowenstein規則：在矽鋁骨架結構中，鋁與鋁不能相鄰；在磷酸鹽骨架結構中，如SAPO-34，鋁是不能和二價或者三價金屬原子相鄰、以及磷不能與矽或磷相連的。

次級結構單元

分子篩的骨架結構由初級結構單元進行有限或者無限的連線後而形成的。有限的結構單元，如次級結構單元通常是指由TO₄四面體通過共同使用定點的氧原子，從而按照不同的連線方式組成的多元環結構，比較常見的環結構如四元環、五元環、六元環、雙四元環和雙六元環。現在所發現的為18種次級結構單元。例如4-4次級結構單元，它所代表的的是兩個四元環，即雙四元環。正如我們所熟知的A型分子篩，它就是通過SOD籠與雙四元環之間進行連線從而形成了沸石分子篩。當然我們所說的SBU只是在理論意義上的拓撲單元，是為了更好的理解和解釋沸石分子篩的結構，不能這樣就認為是沸石分子篩晶化過程的真實物種。

籠狀結構單元

分子篩的骨架中存在一特徵籠狀結構單元，而籠狀結構單元又是根據確定它們多面體的多元環來描述的。例如，我們所熟悉的SOD籠它由八個六元環和六個四元環來組成的，一般簡寫成4668。不同的分子篩骨架會含有相同的籠狀結構單元，換句話說，同一個籠狀結構單元通過不同連線方式會形成不同的分子篩骨架結構類型。一個經典的例子就是SOD籠。

SOD籠間通過本身的共面連線形成的是SOD沸石分子篩；SOD籠間通過雙四元環的連線，形成的是LTA型分子篩；SOD籠間通過雙六元環的連線，形成的是FAU和EMT沸石分子篩。

另外，在沸石分子篩骨架結構中，常會發現一些特徵的鏈和二維三連線的網層結構以及周期性結構單元（PBU）。我們最為常見的五種鏈狀結構為是Pentasil鏈、雙鋸齒形鏈、雙之字形鏈、雙機軸鏈和短柱石鏈。由邊共享的籠所組成的Pentasil鏈是高矽沸石分子篩家族的一個特徵鏈。最具有代表性的，MFI的骨架結構就是由Pentasil鏈構成。平行堆積的二維三連線網層通過上下取向的三連線頂點間相互連線形成三維四連線的骨架結構。例如，GIS類型骨架結構是由4.8²二維網層結構上下連線而成。

沸石分子篩的合成機理

對於沸石分子篩的形成及其生長機理的深入研究有助於人們更好的設計合成新型沸石分子篩拓撲結構、擴展沸石分子篩材料合成新路線、開發沸石分子篩材料的新性質及新用途。儘管沸石分子篩的發展已經有許多年了，但是對於它的合成機理方面一直未有一個真正的定論。研究分子篩的晶化機理即具有十分重要的理論意義，也對合成新型的沸石分子篩合成具有實際的指導意義。目前最具有代表性的為固相轉變機理（Solid hydrogel Transformation mechanism）、液相轉變機理（Solution-mediated Transport mechanism）和雙相轉變機理這三種機理。

固相轉變機理

固相轉變機理是由Flanigen和Breck首次提出的，也是最早提出的沸石分子篩晶化機理。他們認為:

在沸石分子篩的整個晶化過程中只是凝膠固相本身在水熱條件下產生，然後直接進行矽鋁酸鹽骨架的結構重排，進而導致了沸石分子篩的成核和晶體的生長，而在沸石分子篩晶化過程中既沒有凝膠固相的溶解，也並沒有液相直接來參與沸石分子篩的成核以及晶體的生長。

首先，沸石分子篩合成所需的各種原料混合後，主要物種矽酸鹽與鋁酸鹽聚合生成矽鋁酸鹽初始凝膠。同時，凝膠間液相雖然也產生，然而液相部分並不參與晶化成核的過程中。其次，所形成的矽鋁酸鹽初始凝膠在OH^-離子的作用下卻不斷發生解聚與結構重排，從而形成某些沸石晶化所需要的初級結構單元。最後，這些初級結構單元進一步圍繞著水合陽離子發生重排構成多面體，這些多面體再進一步聚合、連線、形成沸石分子篩晶體。

70年代，荷蘭科學家Mcnicol等人通過使用分子光譜技術來追蹤LTA型沸石分子篩的整個晶化過程，從而在實驗上為固相轉變機理給予充分的根據。90年代，乾膠轉化的合成方法的提出也為固相轉變機理增加了一個實例。另外，最近幾年發展起來的固相無溶劑合成的方法的提出也是在一定程度上為固相轉變機理提供相應的證據。

液相轉變機理

液相轉變機理首先由Kerr和Ciric提出，與固相轉變機理的提出幾乎是在同一個時期。他們認為：沸石分子篩晶體的成核和生長是在溶液中直接進行，初始凝膠慢慢的溶解到溶液中，生成了活性物種矽鋁酸根離子，然後再發生縮合，慢慢的形成了沸石分子篩所需要的結構單元，再進一步生成了沸石分子篩。

首先，沸石分子篩所需的原料混合後，主要物種矽酸鹽與鋁酸鹽聚合生成矽鋁酸鹽初始凝膠。這種矽鋁酸鹽凝膠是在高濃度條件下快速形成的，因此具有很高無序度，但是這種矽鋁酸鹽凝膠中可能含有某些初級結構單元，如：四元環、六元環等等。同時，這種凝膠和液相之間建立了溶解平衡。另外，矽鋁酸根離子的溶度積與凝膠的結構和溫度息息相關，隨著晶化溫度的變化，這種凝膠和液相之間建立起新的凝膠和溶液的平衡。其次，液相中多矽酸根與鋁酸根濃度的增加導致晶核的形成，然後是沸石分子篩晶體的生長。在沸石分子篩的成核和晶體生長過程中，消耗了液相中的多矽酸根與鋁酸根離子，從而引起矽鋁凝膠的繼續溶解。由於沸石晶體的溶解度小於無定形凝膠的溶解度，最後結果是凝膠的完全溶解，沸石分子篩晶體的完全生長。

Zhdanov的實驗表明，沸石分子篩晶體生長速度與液相中多矽酸根和鋁酸根離子的濃度息息相關，並且晶化過程中液相各組分濃度是不斷變化的，這些實驗結果支持了液相轉變機理。對液相轉變機理最有利的證明是從液相中直接晶化沸石分子篩，Koizumi等人直接從澄清溶液中合成出了SOD，GIS、FAU等沸石分子篩。

雙相轉變機理

在人們對於沸石分子篩晶化究竟是通過液相轉變機理還是通過固相轉變機理爭執不清時，八十年代之後，又有科學家提出了雙相轉變的機理。雙向轉變機理認為液相轉變和固相轉變同時存在沸石分子篩晶化過程中，既可以分別發生在兩種晶化反應體系中，也可以同時發生在一個體系中。

Gabelica等人從對ZSM-5分子篩以及Na Y沸石晶化的研究印證了雙相轉變機理的存在性。Iton等人首次在ZSM-5分子篩的晶化過程中套用小角中子散射技術進行研究，同時發現使用不同的矽源，ZSM-5沸石分子篩的晶化是遵循不同的機理進行。從而得出即使是同一種類型沸石分子篩，在不同的晶化條件下其生長的機理是不一樣的結論。

沸石分子篩合成的影響因素

水熱合成法是在沸石分子篩合成中最常用和最有效的途徑，深入研究分子篩水熱合成的主要困難是對分子篩的生成機理了解的還不夠清楚。但是，對於沸石分子篩的合成來說無論哪種生成機理，其晶化過程都要經歷相同的基本步驟：多矽酸鹽與鋁酸鹽的再聚合、分子篩成核、核生長、分子篩晶體的生長以及引起的二次成核。為了很好的控制和調變沸石分子篩的合成反應，最重要的是研究反應的條件對合成反應的影響。根據多年的實踐經驗，下列影響因素在沸石分子篩的合成中占有很重要的地位，主要包括：反應物的組成、矽鋁比、鹼度、陳化、晶化溫度與時間等等。研究這些因素對於合成沸石具有很重要的意義。

反應物

合成沸石分子篩的基本原料有：矽源、鋁源、鹼源、金屬陽離子、其它礦化劑、模板劑和水等。常用的矽源有白炭黑、矽溶膠、固體矽膠、有機矽酸酯、水玻璃等。常用的鋁源有偏鋁酸鈉、硫酸鋁、薄水鋁石、金屬鋁、硝酸鋁、異丙醇鋁、氫氧化鋁等。鹼源有氫氧化鈉，氫氧化鉀等。金屬陽離子包括鹼金屬陽離子和鹼土金屬離子如：Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Ba²⁺等。分子篩合成的礦化劑有兩種：氫氧根離子和氟離子。模板劑有各種含氮的有機物、季磷鹽等。

初始凝膠的配比往往能夠決定最終產物的類型。最初投料的反應物的不同會導致最後的生成物的完全不同，如，陽離子不同可以導致分子篩產物的不同，鈉離子容易導向LTA、CAN、FAU、GIS等分子篩骨架的生成；而鉀離子則容易導向LTL、CHA、ERI等類型的分子篩骨架。即使最初的反應物相同只是反應物含量有微少的差別也極有可能得到不同的物相，如鹼度對分子篩合成體系的影響。另外當所有物料比例都相同，只是簡單的使用不同的矽源也有可能導致分子篩晶體大小、形貌、甚至骨架類型的改變。當我們用相圖來表述整個物料時，從中可以發現許多結構只能在一個特定的區域裡得到。有時由於過於多的影響因素，只能選擇一兩個變數來作圖。另外，投料時的加料順序，人為操作對於分子篩的合成也是一個影響因素。

矽鋁比

反應物的起始矽鋁比對最終的反應產物有很大的影響，但是這兩者又沒有一定的對應關係。一般而言低矽鋁比的LTA分子篩、SOD分子篩、FAU分子篩等都是從低的矽鋁比和高的鹼度的原始投料體系中晶化而得的。對於ZSM-5，Beta等這類高矽沸石往往都是從高的投料矽鋁比以及低鹼度的原始投料中獲得的。通常而言，增加投料的矽鋁比在一定範圍里往往能增加產物的矽鋁比，但是並不是所有分子篩都能通過調節原料矽鋁比來合成高矽或低矽的產物，如高矽LTA分子篩、低矽ZSM-5分子篩等超出正常矽鋁比範圍的產物是很難合成的。另外，最終產物中得到的矽鋁比往往低於原始投料的矽鋁比，這是因為OH^-優先溶解矽物種，使鋁物種幾乎全部進入骨架，母液中留下的是可溶的多餘的矽。

鹼度

沸石合成大都是在鹼性條件下合成的，最常見的鹼是無機鹼氫氧化鈉。我們通常用Na₂O/SiO₂來表示體系的鹼度。一般而言，鹼度增加，矽鋁原料的溶解度增加，矽鋁酸鹽聚合度降低，使溶液中的過飽和度增大，從而加快成核速度，結果縮短了誘導期，使之晶化速度加快。此外，增大鹼度時會使最終產品的粒子變小並且粒徑分布變窄，如在無模板條件下合成具有6nm最小尺寸的EMT沸石分子篩。另外當體系的鹼度增大，有利於生成富鋁的沸石。在無有機模板存在的條件下，通過讓無機鹼充當模板的作用來合成如Beta，RUB-13, ZSM-12，ZSM-23，MCM-68等沸石分子篩，這些沸石分子篩不僅是高度富鋁的而且還是高度富有無機金屬陽離子的。另一個沸石合成的條件是在含有氟離子的中性或酸性條件下來合成沸石分子篩，氟離子在分子篩合成中取代了鹼的作用，來溶解矽鋁酸鹽凝膠。在氟體系下合成的純矽分子篩缺陷較少，也更容易得到比較完美的大單晶。

陳化

從原料的均勻混合到升溫晶化前的靜止過程，這一個階段被叫做陳化。在陳化過程中，凝膠的組成、結構都是會發生變化的，陳化過程有時甚至是緩慢的成核過程，導致分子篩生長周期的縮短。最為典型的例子是在合成FAU分子篩時使用的Y導向劑就需要所有反應物混合均勻後室溫陳化，這是因為導向劑經過陳化產生了微小的沸石晶核，並且含有大量的六元環。

晶化溫度與時間

對於合成沸石分子篩，溫度是一個很重要的因素。溫度變化會影響水在反應釜中的壓力的變化、矽鋁酸鹽的聚合狀態和聚合反應、凝膠的生成和溶解與轉變、分子篩的成核與生長以及介穩相間的轉晶。相同的體系在不同的溫度下可能會得到完全不一樣的物相，溫度越高得到的沸石的尺寸和孔體積越小，晶體骨架密度相應增大。一般而言在150 °C以下，初級結構往往是四元環或六元環，而當溫度高於150 °C，則往往是五元環的初級結構單元。由此可見，在高溫水熱條件下，無機物（主要是矽鋁酸鹽物種）的造孔規律和晶化溫度與水蒸汽壓之間存在著密切的聯繫。

晶化時間往往也是分子篩合成的一個重要因素。晶化時間不夠常常會有大量的原料未轉化，時間過長，往往會發生晶體轉晶的現象，一般由比較空曠的結構轉化為比較緻密的結構。晶化時間與晶化溫度往往是相輔相成的，降低溫度，就要增加晶化時間；升高溫度，有時就要縮短晶化時間。

展望

近年來，沸石分子篩由於具有獨特的性能，已經在吸附分離、催化等領域取得了廣泛的套用。但是對某些沸石分子篩的性能優劣問題認識不夠深入，有的甚至還很膚淺，為了更加有效地發揮沸石分子篩在吸附分離、催化領域套用的優勢，要注意以下幾個方面的工作：1）研製價格低廉的沸石分子篩，以降低生產成本為目的；2）研究沸石分子篩的合成及改性對結構、組成和性能的影響，尋找提高其吸附容量和選擇性的方法；3）建立和完善評價吸附劑性能的定量指標，更好地為實際生產做出指導。