Kemiallisia katalyyttejä voi olla eri muotoisia, kokoisia ja muotoisia. Niitä käytetään alentamaan kemiallisen reaktion aktivoimiseen vaadittavaa energiakynnystä, mikä lisää nopeutta - usein suuruusluokkaa. Arviolta 90 % teollisesti syntetisoiduista kemikaaleista sisältää jonkin verran katalyysin käyttöä.
Tehokkaimpien ja spesifimpien katalyyttien löytäminen on olennainen osa kemiallisia prosesseja, ja helposti saatavilla oleva ja erilaisiin reaktioihin viritettävä katalyytti on ihanteellista – tässä zeoliittimateriaaliperhe loistaa.
Zeoliitit ovat materiaaliluokka, jolla on samanlainen kemiallinen koostumus ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. Ne ovat yleensä sekoitus sekä piidioksidia, alumiinioksidia että vesimolekyylejä, joissa on löyhästi sitoutuneita positiivisia ioneja, jotka voidaan helposti vaihtaa muihin. Nämä positiiviset ionit, samoin kuin zeoliittien ainutlaatuinen mikrohuokoinen rakenne, mahdollistavat niillä laajasti käyttökelpoiset katalyyttiset ominaisuudet.
Tunnetaan yli 250 zeoliittirakennetta, joista 40 on luonnossa esiintyviä. Jokainen ainutlaatuinen rakenne saa 3-kirjaimisen kansainvälisen zeoliittiliiton rakennekomissiolta.
Kiteet muodostavat toistuvan hilarakenteen, joka voidaan tunnistaa ja mitata kristallografian avulla. Zeoliitit voivat ylpeillä laajalla pinta-alalla huokostensa ansiosta, ja ne voivat adsorboida monenlaisia kationeja, kuten natriumia, kalsiumia, kaliumia tai magnesiumia. Ne voivat myös adsorboida vetykationeja toimimaan kiinteinä happoina.
Ensimmäinen zeoliitti löydettiin 18-luvulla, kun havaittiin, että mineraali stilbiitti vapautui kuumennettaessa merkittäviä määriä höyryä. Tämä johti ymmärrykseen, että vesi voi adsorboitua materiaalin pintaan. Lisätutkimukset ovat tunnistaneet monia zeoliittiperheen mineraaleja, joilla on monia erilaisia rakenteellisia konfiguraatioita ja huokoskokoja.
Zeoliitit ovat erittäin vakaita, myrkyttömiä, uudelleenkäytettäviä ja niitä voidaan valmistaa erittäin runsaista luonnonmateriaaleista. Keinotekoisia zeoliitteja voidaan syntetisoida kuumentamalla alumiinioksidia ja piidioksidia natriumhydroksidilla, ja muita mallikemikaaleja käytetään ohjaamaan kiteen rakennetta sen muodostuessa.
Kunkin eri zeoliittityypin huokoset voivat aiheuttaa sidosten katkeamisen tietyissä ja toistettavissa paikoissa, mikä maksimoi halutun tuotteen ja minimoi ei-toivotut johdannaiset. Tämä on erityisen hyödyllistä muovijätteen kierrätyksessä, jossa zeoliittihuokoset voivat leikata pois tietyn kokoisia molekyylikappaleita paljon suuremmasta polymeeristä, jotka voidaan sitten käyttää uudelleen uusiksi polymeereiksi tai kokonaan uusiksi materiaaleiksi. Samanlainen periaate on onnistunut muuntamaan metaani, kasvihuonekaasu, metanoliksi.
Näillä kiehtovilla materiaaleilla on myös kyky käyttäytyä molekyyliseulmina, jotka suodattavat molekyyliseoksia zeoliittirakenteen huokosten mukaan. Tämä koon poissulkeminen mahdollistaa eri molekyylien suodattamisen ja adsorboinnin riippuen siitä, mitä 250 zeoliittirakenteesta käytetään. Keinotekoiset zeoliitit ovat yleensä suositeltavia tähän, koska kiteen kokoa ja muotoa voidaan muokata ja mineraali ei todennäköisesti sisällä epäpuhtauksia.
Halutuista ominaisuuksistaan huolimatta joidenkin zeoliittien kanssa voi olla vaikea työskennellä teollisessa mittakaavassa. Tämän torjumiseksi on suunniteltu komposiittimateriaaleja, jotka maksimoivat materiaalin edut vähemmillä haitoilla. Ruotsalaiset tutkijat ovat kehittäneet kevyen zeoliitti-vaahtokomposiitin, joka säilyttää riittävän zeoliittipinta-alan ollakseen hyödyllinen hiilidioksidin selektiivisessä adsorptiossa, poistaen sitä ilmakehästä. Vaahtokehys sallii enemmän kaasun olla kosketuksissa katalyytin kanssa, toisin kuin tavanomaiset zeoliittijauheet.
Zeoliitteja on myös käytetty auttamaan vedenpuhdistustyössä, sillä kide voi adsorboida ja vaihtaa ioneja, joita tavallisesti löytyy kovasta vedestä, kuten kalsiumista ja magnesiumista, ja korvata ne vähemmän haitallisilla vaihtoehdoilla.
Chemwatch sen taustalla on yli 30 vuoden kemiallinen asiantuntemus, ja se tarjoaa laajan SDS- ja ainetietojen kirjaston. Lisätietoja aineiden fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista tai palveluistamme saat ota yhteyttä Chemwatch joukkue- tänään tai sähköpostilla sa***@ch*******.net.
Lähteet:
