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沸石最初來源于火山沉積物形成的礦石，在 1765 年由瑞典礦物學家克朗斯提最早發現。由于其在灼燒時水分急速膨脹而產生沸騰現象，因此命名為“沸石”。人類對沸石已進行了兩百多年的研究，世界各地也已發現多種沸石類礦物，包括斜發沸石、絲光沸石、菱沸石、輝沸石、方沸石、鉀沸石、鈉紅沸石、針沸石等，其中斜發沸石是全球含量最豐富的天然沸石。二十世紀五十年代以來，沸石作為一種礦物原料廣泛應用于工業和農業中。
圖1鈣沸石、輝沸石實物圖
沸石是以硅鋁酸鹽為主的一類礦物的總稱，主要含 Na 和 Ca 以及少數的 Sr、Ba、K、Mg 等金屬離子，其一般化學通式為 M(x/q)[(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ]·nH 2 O，其中Al 的個數等于陽離子的總價數，O 的個數為 Al 和 Si 的總數的 2 倍,M 為金屬陽離子。沸石可分為天然沸石和合成沸石兩大類，我國沸石種類繁多，目前已經發現的有斜發沸石、絲光沸石、菱沸石、方沸石、片沸石、鈣十字沸石等 13 個礦種或亞種。因此我國開發利用沸石具有巨大的優勢。
沸石的基本結構是硅氧四面體[SiO 4 ]，四面體之間通過共用氧原子形成如島狀、鏈狀、片狀或空間網絡等結構。四面體的頂角處有四個氧離子，硅離子處于四面體的中心，硅氧離子之間的距離約為 1.6 埃，氧和氧離子之間的距離約為 2.86埃。
若硅氧四面體中的硅離子被鋁離子置換，則形成鋁氧四面體。由于 Al3+ 是三價陽離子，則整個鋁氧四面體的電荷得不到中和，出現了負電荷，需要其他金屬離子加入來中和其電性[1] 。因此沸石結構中通常都含有堿金屬或堿土金屬離子。而沸石中鋁離子置換硅離子的數量是變化的，所以鋁硅比不同，堿金屬或堿土金屬離子的量也不同。硅氧四面體和鋁氧四面體通過其角頂互相連接，便構成了沸石的各種架狀結構，且在結構內部形成了許多孔穴和孔道。這些孔穴和孔道通常被水分子填充，在特定溫度下能夠脫除，但不影響沸石的結構。
由于沸石中的孔穴和孔道被水分子填充，當沸石架構中的水被去除后，形成內表面積很大的孔穴，產生較大的擴散力，可吸附并儲存大量的分子，其吸附量遠遠超過其他物質，故可用作性能良好的吸附劑。沸石晶格內部的孔穴和孔道體積占沸石晶體總體積的 50%以上，且尺寸固定，形狀規則，孔穴之間通過開口的通道彼此相連，并與外界溝通，其填充的水分子含量隨外界的溫度和濕度的變化而變化。
離子交換性能是沸石的另一個重要的特性。沸石的孔穴中 K+ 、Na + 、Ca 2+ 等陽離子及水分子與架構結合不緊密，極易與周圍水溶液中的陽離子發生交換作用，交換后的沸石晶格結構也不被破壞。沸石的離子交換表現出明顯的選擇性，其主要與沸石孔穴大小、硅鋁比的高低以及陽離子的性質有關。有研究表明，國內斜發沸石對 NH 4 + 離子的交換容量在 50-220mmol/100g 之間變化，對 K + 離子的交換容量一般為 9-26mg/g，極少數在 9mg/g 以下；而絲光沸石對 NH 4+ 離子的總交換容量一般為 50-188.73mmol/100g，K+ 離子的總交換容量一般為 1-9mg/g，極少數在 9mg/g 以上[2] 。由此可知絲光沸石和斜發沸石的銨離子交換容量均較高，而斜發沸石的鉀離子交換容量大大高于絲光沸石，這是由沸石內部結構特點決定的，與孔穴形狀及大小有關。若 Si/Al 的比值不同，即使相同的硅鋁氧架構的沸石的離子交換性能也有明顯差異，如片沸石和斜發沸石的的結構相同，但斜發沸石對 Cs 和 Sr 有非常好的選擇交換能力，能用于去除放射性廢水中的 Cs137 和 Sr 90 。
沸石具有良好的催化性能，是高效的催化劑和催化劑載體，其催化的許多反應屬于正碳離子型反應，如催化裂化、加氫裂化、催化重整、異構化及烷基化等，主要應用于石油化工領域。沸石催化作用的顯著特點是對許多反應都有催化活性，如同生物化學反應中的酶催化作用，但比酶的反應溫度和 pH 值范圍更廣。
天然沸石如斜發沸石、絲光沸石、菱沸石、毛沸石等具有良好的熱穩定性能。沸石的熱穩定性取決于沸石的硅與鋁和平衡陽離子的比率，一般在其組成變化范圍內，硅含量越高，穩定性越好；平衡陽離子性質的變化對沸石的穩定性有顯著影響。如鈣含量豐富的天然斜發沸石在 500℃即可分解，而同一樣品若用鉀進行離子交換，其溫度達 800℃仍不破壞。絲光沸石樣品加熱到 850℃時，持續 12h，晶體結構才破壞；斜發沸石的熱穩定性僅次于絲光沸石，一般加熱至 800℃持續 12h時，結構破壞。
天然沸石具有良好的耐酸性，有人實驗研究我國浙江絲光沸石的耐酸性，樣品用 2mol/L HCl、4mol/L HCl、6mol/L HCl 和王水在 90℃下處理 2h，晶格仍不破壞，只有在鹽酸濃度達到 10mol/L 時，晶格才開始破壞。
用于污水處理后的飽和沸石可以通過一些途徑恢復其吸附和離子交換能力。常用的再生方法有：濕法、生物法、氣提法、直接焙燒等。氨氮可以為微生物生長提供氮源，這是微生物再生沸石的理論依據；氣提法是利用高溫高壓蒸汽使氨分子從沸石中脫除；吸附一般來說屬于放熱反應，提升溫度可以使放熱反應逆向進行，有利于吸附質離開沸石表面，使沸石的吸附能力有一定的回升，這就是直接焙燒法的原理。
[1] 肖舉強，活化沸石去除廢水中氨氮的研究[J].蘭州鐵道學院學報，1995，14(1)：19-21.
[2] 馮靈芝.斜發沸石去除水中氨氮的試驗研究.2006，12-13.
[3] 余振寶，宋乃忠.沸石加工與應用[M].北京：化學工業出版社，2005.