제올라이트는 무엇이며 왜 그렇게 특별한가요?

16/11/2022

화학 촉매는 모양, 크기 및 형태가 모두 다를 수 있습니다. 그들은 화학 반응을 활성화하는 데 필요한 에너지 임계값을 낮추는 데 사용되며, 따라서 종종 몇 배씩 속도를 증가시킵니다. 산업적으로 합성된 화학 물질의 약 90%는 일부 촉매 작용을 포함합니다.

가장 효율적이고 구체적인 촉매를 찾는 것은 화학 공정의 필수적인 부분이며 쉽게 사용할 수 있고 다양한 반응에 조정할 수 있는 촉매를 갖는 것이 이상적입니다. 여기에서 제올라이트 계열의 재료가 빛을 발합니다.

제올라이트는 무엇입니까?

제올라이트는 화학적 조성과 물리화학적 특성이 유사한 물질 종류입니다. 그들은 일반적으로 실리카, 알루미나 및 물 분자의 혼합물이며 쉽게 다른 것으로 교환할 수 있는 느슨하게 결합된 양이온과 함께 있습니다. 이러한 양이온과 제올라이트의 고유한 미세다공성 구조로 인해 광범위하게 적용 가능한 촉매 기능을 가질 수 있습니다. 

제올라이트는 자연 발생 광물로 발견되거나 더 큰 규모로 인공적으로 제조될 수 있습니다.
제올라이트는 자연 발생 광물로 발견되거나 더 큰 규모로 인공적으로 제조될 수 있습니다.

250개 이상의 알려진 제올라이트 구조가 있으며 그 중 40개는 자연적으로 발생합니다. 각각의 고유한 구조는 국제 제올라이트 협회 구조 위원회(International Zeolite Association Structure Commission)에서 3글자 지정을 받습니다. 

결정은 반복 격자 구조를 형성하며 결정학을 통해 식별 및 측정할 수 있습니다. 제올라이트는 기공으로 인해 넓은 표면적을 자랑하며 나트륨, 칼슘, 칼륨 또는 마그네슘과 같은 다양한 양이온을 흡착할 수 있습니다. 그들은 또한 수소 양이온을 흡착하여 고체 산으로 작용할 수 있습니다. 

그것들을 독특하게 만드는 것은 무엇입니까?

최초의 제올라이트는 18세기에 광물 스틸바이트가 가열될 때 상당량의 증기를 방출한다는 사실이 발견되었습니다. 이것은 물이 물질의 표면에 흡수될 수 있다는 이해로 이어졌습니다. 추가 연구를 통해 제올라이트 계열 내에서 다양한 구조적 구성과 기공 크기를 가진 많은 광물이 확인되었습니다. 

제올라이트는 매우 안정적이고 독성이 없으며 재사용이 가능하며 매우 풍부한 천연 재료로 만들 수 있습니다. 인공 제올라이트는 알루미나와 실리카를 수산화나트륨으로 가열하여 합성할 수 있으며, 추가 템플릿 화학 물질을 사용하여 결정이 형성될 때 구조를 안내합니다.

제올라이트는 촉매 특성을 변경할 수 있는 다양한 분자 크기의 기공을 가진 다양한 결정 구조를 형성할 수 있습니다.
제올라이트는 촉매 특성을 변경할 수 있는 다양한 분자 크기의 기공을 가진 다양한 결정 구조를 형성할 수 있습니다.

각기 다른 제올라이트 유형의 기공은 원하는 제품을 최대화하고 원하지 않는 유도체를 최소화하여 특정하고 반복 가능한 위치에서 결합을 끊을 수 있습니다. 이것은 제올라이트 기공이 훨씬 더 큰 폴리머에서 특정 크기의 분자 조각을 잘라낼 수 있는 플라스틱 폐기물의 재활용에 특히 유용하며, 그런 다음 완전히 새로운 폴리머 또는 새로운 재료로 용도를 변경할 수 있습니다. 유사한 원리가 온실 가스인 메탄을 메탄올로 변환하는 데 성공했습니다.

제올라이트는 또 무엇을 할 수 있습니까?

이 매혹적인 물질은 또한 제올라이트 구조 내의 기공에 따라 분자 혼합물을 여과하는 분자체 역할을 하는 능력을 가지고 있습니다. 이 크기 배제는 250개의 제올라이트 구조 중 어떤 것이 사용되는지에 따라 다른 분자의 필터링 및 흡착을 허용합니다. 결정의 크기와 모양을 조작할 수 있고 광물이 오염 물질을 포함할 가능성이 적기 때문에 인공 제올라이트가 일반적으로 선호됩니다.

부엌용 체처럼 제올라이트 결정은 작은 분자와 큰 분자를 쉽게 분리할 수 있습니다.

바람직한 특성에도 불구하고 일부 제올라이트는 산업 규모에서 작업하기 어려울 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 복합 재료는 재료의 단점을 최소화하면서 장점을 최대화하도록 고안되었습니다. 스웨덴 과학자들은 이산화탄소의 선택적 흡착에 유용하도록 충분한 제올라이트 표면적을 유지하여 대기에서 이산화탄소를 제거하는 경량의 제올라이트-발포 합성물을 개발했습니다. 폼 프레임워크는 기존의 제올라이트 분말과 달리 더 많은 가스가 촉매와 접촉할 수 있도록 합니다.

제올라이트는 또한 수질 정화 노력을 돕기 위해 사용되어 왔습니다. 결정은 칼슘과 마그네슘과 같은 경수에서 일반적으로 발견되는 이온을 흡착하고 교환하여 덜 유해한 대안으로 대체할 수 있기 때문입니다. 

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