沸石分子篩是結晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，晶體內部有許多大小一定的空穴，空穴 之間通過具有相同直徑的孔道（也稱“窗口”）相連。由于分子篩能吸附比其孔徑小的分 子，而將比其孔徑大的分子排斥在其空穴外，這樣便能起到篩分分子的作用，故其得名 為分子篩。由于沸石分子篩具有結構多樣性、良好的水熱穩定性、獨特的擇形選擇性等 性能，使其廣泛應用于石油化工、精細化工、氣體吸附與分離以及催化等諸多領域，并發揮著重要的作用。
　　
　　自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽，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，也稱為硅鋁比，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。由于結構不同，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。
　　
　　由于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離子，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。高二氧化硅沸石對有機基團表現出很高的親和力，相比之下，低二氧化硅沸石由于具有Lewis和Bronsted酸特性而表現出親水性。硅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，后者可用作甲苯的歧化催化劑。
　　
　　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、并有良好的熱穩定性和水熱穩定性�？芍瞥蓪υS多反應有高活性、高選擇性的催化劑。
　　
　　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，由于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，而且孔徑大小接近于分子尺寸，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。
　　
　　狹義上講，分子篩是結晶態的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子篩分子尺寸大�。ㄍǔ�為0.3-2.0 nm）的孔道和空腔體系，從而具有篩分分子的特性。然而隨著分子篩合成與應用研究的深入，研究者發現了磷鋁酸鹽類分子篩，并且分子篩的骨架元素（硅或鋁或磷）也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、Co、Zn、Be和Cu等取代，其孔道和空腔的大小也可達到2 nm以上，因此分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁類分子篩、磷鋁類分子篩和骨架雜原子分子篩；按孔道大小劃分，孔道尺寸小于2 nm、2-50 nm和大于50 nm的分子篩分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。由于具有較大的孔徑，成為較大尺寸分子反應的良好載體，但介孔材料的孔壁為非晶態，致使其水熱穩定性和熱穩定性尚不能滿足石油化工應用所需的苛刻條件。
　　
　　分子篩為粉末狀晶體，有金屬光澤，硬度為3～5，相對密度為2～2.8，天然沸石有顏色，合成沸石為白色,不溶于水,熱穩定性和耐酸性隨著SiO2/Al2O3組成比的增加而提高。分子篩有很大的比表面積,達300～1000m2/g，內晶表面高度極化，為一類高效吸附劑，也是一類固體酸，表面有很高的酸濃度與酸強度，能引起正碳離子型的催化反應。當組成中的金屬離子與溶液中其他離子進行交換時，可調整孔徑，改變其吸附性質與催化性質，從而制得不同性能的分子篩催化劑。
　　
　　分子篩的吸附性能
　　
　　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于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。
　　
　　由于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。
　　
　　由于沸石分子篩孔徑均勻，只有當分子動力學直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內部而被吸附，所以沸石分子篩對于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。
　　
　　由于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堿金屬或堿土金屬，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，由于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后，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后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后，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，并具有較大比表面積。
　　
　　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。