Химическите катализатори могат да бъдат във всички различни форми, размери и форми. Те се използват за понижаване на енергийния праг, необходим за активиране на химическа реакция, като по този начин увеличават скоростта - често с порядъци. Приблизително 90% от промишлено синтезираните химикали включват известна употреба на катализа.
Намирането на най-ефективните и специфични катализатори е съществена част от химичните процеси и наличието на катализатор, който е едновременно леснодостъпен и приспособим към различни реакции, е идеално – това е мястото, където семейството от зеолитни материали блести.
Зеолитите са клас материали с подобен химичен състав и физико-химични свойства. Те обикновено са смес от силициев диоксид, алуминиев оксид и водни молекули, с хлабаво свързани положителни йони, които лесно могат да бъдат заменени с други. Тези положителни йони, както и уникалната микропореста структура на зеолитите, им позволяват да имат широко приложими каталитични способности.
Има над 250 известни зеолитни структури, 40 от които са естествено срещащи се. Всяка уникална структура получава 3-буквено обозначение от Комисията по структура на Международната зеолитна асоциация.
Кристалите образуват повтаряща се решетъчна структура, която може да бъде идентифицирана и измерена чрез кристалография. Зеолитите могат да се похвалят с обширна повърхност поради своите пори и могат да адсорбират голямо разнообразие от катиони като натрий, калций, калий или магнезий. Те могат също да адсорбират водородни катиони, за да функционират като твърди киселини.
Първият зеолит е открит през 18 век, когато е установено, че минералът стилбит отделя значителни количества пара при нагряване. Това доведе до разбирането, че водата може да се адсорбира върху повърхността на материала. По-нататъшно проучване идентифицира много минерали в семейството на зеолитите, с много различни структурни конфигурации и размери на порите.
Зеолитите са много стабилни, нетоксични, за многократна употреба и могат да бъдат направени от изключително изобилни естествени материали. Създадените от човека зеолити могат да бъдат синтезирани от нагряване на алуминиев оксид и силициев диоксид с натриев хидроксид, с допълнителни шаблонни химикали, използвани за насочване на структурата на кристала, докато се образува.
Порите на всеки различен тип зеолит могат да причинят прекъсване на връзките на специфични и повтарящи се места, като по този начин се максимизира желаният продукт и минимизират всички нежелани производни. Това е особено полезно при рециклирането на пластмасови отпадъци, където зеолитните пори могат да отделят молекулни парчета със специфичен размер от много по-големия полимер, които след това могат да бъдат преназначени в нови полимери или изцяло в нови материали. Подобен принцип е успешен при трансформирането на метан, парников газ, в метанол.
Тези завладяващи материали също имат способността да се държат като молекулярни сита, филтрирайки молекулярни смеси според порите в структурата на зеолита. Това изключване на размера позволява филтриране и адсорбиране на различни молекули в зависимост от това коя от 250-те зеолитни структури се използва. Изкуствените зеолити обикновено се предпочитат за това, тъй като размерът и формата на кристала могат да бъдат манипулирани и е по-малко вероятно минералът да съдържа замърсители.
Въпреки желаните им свойства, някои зеолити могат да бъдат трудни за работа в индустриален мащаб. За да се бори с това, са създадени композитни материали, които да увеличат максимално предимствата на материала с по-малко недостатъци. Шведски учени са разработили лек композит от зеолит и пяна, който поддържа достатъчно зеолитна повърхност, за да бъде полезен при селективната адсорбция на въглероден диоксид, премахвайки го от атмосферата. Рамката от пяна позволява повече газ да бъде в контакт с катализатора, за разлика от конвенционалните зеолитни прахове.
Зеолитите също са били използвани за подпомагане на усилията за пречистване на водата, тъй като кристалът може да адсорбира и обменя йони, които обикновено се срещат в твърда вода, като калций и магнезий, като ги заменя с по-малко вредни алтернативи.
Chemwatch е подкрепено от над 30 години опит в областта на химията, разполагайки с обширна библиотека от SDS и данни за вещества. За повече информация относно физичните и химичните свойства на веществата или за да научите повече за нашите услуги, моля свържете се с Chemwatch екип днес или по имейл sa***@ch********.net.
Източници:
