Kemiske katalysatorer kan komme i alle forskellige former, størrelser og former. De bruges til at sænke den energitærskel, der kræves for at aktivere en kemisk reaktion, og derved øge hastigheden - ofte i størrelsesordener. Anslået 90% af industrielt syntetiserede kemikalier involverer en vis brug af katalyse.
At finde de mest effektive og specifikke katalysatorer er en væsentlig del af kemiske processer, og at have en katalysator, der både er let tilgængelig og kan indstilles til forskellige reaktioner, er ideel - det er her zeolitfamilien af materialer skinner.
Zeolitter er en klasse af materialer med lignende kemiske sammensætning og fysisk-kemiske egenskaber. De er normalt en blanding af både silica, aluminiumoxid og vandmolekyler med løst bundne positive ioner, som nemt kan udskiftes med andre. Disse positive ioner, såvel som zeolitternes unikke mikroporøse struktur, gør det muligt for dem at have bredt anvendelige katalytiske egenskaber.
Der er over 250 kendte zeolitstrukturer, hvoraf 40 er naturligt forekommende. Hver unik struktur modtager en 3-bogstavsbetegnelse af International Zeolite Association Structure Commission.
Krystallerne danner en gentagende gitterstruktur, som kan identificeres og måles gennem krystallografi. Zeolitter har et stort overfladeareal på grund af deres porer og kan adsorbere en lang række kationer såsom natrium, calcium, kalium eller magnesium. De kan også adsorbere hydrogenkationer til at fungere som faste syrer.
Den første zeolit blev opdaget i det 18. århundrede, da man fandt ud af, at mineralet stilbit afgav betydelige mængder damp ved opvarmning. Dette førte til forståelsen af, at vand kunne adsorberes til materialets overflade. Yderligere undersøgelser har identificeret mange mineraler inden for familien af zeolitter, med mange forskellige strukturelle konfigurationer og porestørrelser.
Zeolitter er meget stabile, ikke-giftige, genanvendelige og kan fremstilles af ekstremt rigelige naturlige materialer. Menneskeskabte zeolitter kan syntetiseres fra opvarmning af aluminiumoxid og silica med natriumhydroxid, med yderligere skabelonkemikalier, der bruges til at styre krystallens struktur, når den dannes.
Porerne i hver zeolittype kan forårsage, at bindinger brydes på specifikke og gentagelige steder, hvilket maksimerer det ønskede produkt og minimerer eventuelle uønskede derivater. Dette er især nyttigt ved genanvendelse af plastaffald, hvor zeolitporer kan afskære molekylære stykker af en bestemt størrelse fra den meget større polymer, som derefter kan omdannes til nye polymerer eller helt nye materialer. Et lignende princip har haft succes med at omdanne metan, en drivhusgas, til methanol.
Disse fascinerende materialer har også evnen til at opføre sig som molekylsigter, der filtrerer molekylære blandinger i henhold til porerne i zeolitstrukturen. Denne størrelsesudelukkelse giver mulighed for filtrering og adsorbering af forskellige molekyler afhængigt af hvilken af de 250 zeolitstrukturer, der anvendes. Menneskeskabte zeolitter foretrækkes normalt til dette, da størrelsen og formen af krystallen kan manipuleres, og mineralet er mindre tilbøjeligt til at indeholde forurenende stoffer.
På trods af deres ønskelige egenskaber kan nogle zeolitter være svære at arbejde med i industriel skala. For at bekæmpe dette er kompositmaterialer blevet udtænkt for at maksimere fordelene ved materialet med færre ulemper. Svenske forskere har udviklet en letvægts zeolit-skum-komposit, som bevarer nok zeolitoverfladeareal til at være nyttig i den selektive adsorption af kuldioxid, der fjerner det fra atmosfæren. Skumrammerne tillader mere gas at være i kontakt med katalysatoren i modsætning til konventionelle zeolitpulvere.
Zeolitter er også blevet brugt til at hjælpe med vandrensningsbestræbelser, da krystallen kan adsorbere og udveksle ioner, der almindeligvis findes i hårdt vand, såsom calcium og magnesium, og erstatte dem med mindre skadelige alternativer.
Chemwatch er bakket op af over 30 års kemisk ekspertise og kan prale af et omfattende bibliotek af SDS og stofdata. For mere information om stoffers fysiske og kemiske egenskaber eller for at lære mere om vores tjenester, venligst kontakt Chemwatch hold i dag eller mail sa***@ch*******.net.
kilder:
