低硅铝比X型分子筛（LSX）具有良好的离子交换，吸附干燥和氮氧分离等性能，广泛应用于气体分离等领域。由低温水热法直接合成钠型分子筛（Na-LSX），并经水溶液离子交换法得到锂型低硅铝比X型分子筛（Li-LSX），钙型低硅铝比X型分子筛（Ca-LSX）及锂、钙混合型低硅铝比X型分子筛（Li,Ca-LSX），改善了LSX型分子筛的吸附及氮氧分离性能。但对其热稳定性和吸附分离机理尚不明确，另外，水量以及阳离子电荷强度和离子半径等因素对其热稳定性及氮氧分离性能起关键的作用。因此，研究分子筛中的吸附水以及阳离子（Na+，Li+，Ca2+）在LSX分子筛骨架中的分布，对改善其氮氧吸附和分离性能有着重要的意义。本论文一步法合成了Na-LSX型分子筛及通过Li+，Ca2+离子交换得到了(Li,Na)-LSX，(Ca, Na)-LSX，(Li, Ca)-LSX等混合型分子筛，研究了其热稳定性，水在分子筛内的存在形式及其氮氧分离性能，并重点阐述了水和阳离子对热稳定性和氮氧吸附分离的影响，对LSX型分子筛的应用具有重要的学术价值。主要结论如下：1.以偏铝酸钠和水玻璃为原料，通过水热合成法直接合成Na-LSX，系统地考察了晶化温度，晶化时间，pH，硅铝比对Na-LSX分子筛合成及性能的影响。阐述了上述合成条件对Na-LSX分子筛合成过程中晶体结构和硅铝比的影响，发现提高晶化温度或延长晶化时间，晶相产物由LSX型转向方钠石结构；调节碱度有利于改变Si/Al比，以及缩短诱导期和成核时间，加快晶化速度。从而确定了Na-LSX水热合成的最佳工艺参数为：Al2O3：2SiO2：6Na2O：96H2O，最佳晶化温度90℃，晶化时间6h。这部分合成工作为探索一步法合成Li-LSX奠定了理论基础和提供了丰富的合成经验。2.采用水溶液交换法，通过改变交换次数得到不同交换度的(Li, Na)-LSX，(Ca, Na)-LSX，(Li, Ca)-LSX等混合型分子筛，并利用ICP-AES、XRD、FT-IR和SEM等表征手段对结构和性能进行了分析，结果表明随Li+交换度的增加，(Li,Na)-LSX分子筛的晶胞常数增大，随着Ca2+交换度的增加，(Ca, Na)-LSX分子筛的晶胞常数减小，但形貌和骨架结构均未发生变化；在相同的交换条件下，离子交换选择性顺序为Ca2+＞Li+＞Na+；在(Li, Ca)-LSX混合型分子筛骨架中部分位置上由Ca2+取代Li+，虽然氮氧分离系数有所降低，但提高了氮氧吸附量且降低了锂盐的用量，有利于规模化工业生产。3. LSX型分子筛热稳定性，吸附水脱附活化能及其在分子筛骨架中位置的研究。利用原位XRD并结合高温处理后样品的红外FT-IR，SEM和TG-DSC等表征手段，详细考察了不同阳离子对LSX型分子筛热稳定性的影响，发现Na-LSX分子筛在1223K时开始出现杂晶，并最终转晶为霞石分子筛，Li-LSX分子筛在1023K时开始出现杂晶，并最终转晶为方钠石分子筛，说明Na-LSX分子筛热稳定性高于Li-LSX分子筛，因为高交换度的Li-LSX分子筛，由于Li+具有较强的吸水能力，导致Li-LSX分子筛在吸水过程中，Li+逐步从骨架迁移至表面，从而造成Li-LSX分子筛的稳定性下降。显然，阳离子和吸水能力是影响分子筛骨架结构的热稳定性关键因素。通过热力学计算，描述了分子筛内水存在形式及其吸附水脱附活化能，并发现对水的吸附能力由大到小依次是Ca-LSX、Li-LSX、Na-LSX，其中水主要以物理吸附水、单羟基、双羟基等形式存，分别对应于脱附表观活化能：50-70kJ/mol，160-190kJ/mol和200-270kJ/mol之间。低温段物理吸附水以水-水间的作用力集中在分子筛表面，高温段化学结晶水以水-阳离子间作用力集中在分子筛微孔孔道，并且单羟基水和双羟基水与骨架负离子和非骨架阳离子之间作用力不同使得脱附活化能差距较大。4.上述LSX分子筛通过分析高温真空脱附后不同交换度的Na-LSX、Li-LSX和Ca-LSX分子筛在常温下氮气吸附性能，表明Na-LSX的N2和O2吸附量分别为8.71cm3/g和3.41cm3/g，Li-LSX的N2和O2吸附量分别为28.31cm3/g和4.51cm3/g，Ca-LSX的N2和O2吸附量分别为31.4cm3/g和7.50cm3/g，其氮氧分离系数分别为2.55，6.27和4.18，解释了LSX型分子筛氮氧分离的机理及阳离子类型和位置对氮氧分离的影响。着重分析了混合型(Li, Ca)-LSX型分子筛在氮氧分离方面的优越性。另外，通过对比Li-LSX和Ca-LSX分子筛在不同真空处理温度下的氮氧吸附等温线及水分子在分子筛内的存在形式，发现极少量的吸附水也会极大地降低LSX型分子筛氮氧吸附量。为改善分子筛氮氧吸附分离性能，可控的调节混合型(Li, Ca)-LSX分子筛阳离子位置提供了重要的理论依据。