Kjemiske katalysatorer kan komme i alle forskjellige former, størrelser og former. De brukes til å senke energiterskelen som kreves for å aktivere en kjemisk reaksjon, og dermed øke hastigheten - ofte i størrelsesordener. Anslagsvis 90 % av industrielt syntetiserte kjemikalier involverer en viss bruk av katalyse.
Å finne de mest effektive og spesifikke katalysatorene er en essensiell del av kjemiske prosesser, og det er ideelt å ha en katalysator som både er lett tilgjengelig og kan tilpasses forskjellige reaksjoner – det er her zeolittfamilien av materialer skinner.
Zeolitter er en klasse materialer med lignende kjemisk sammensetning og fysisk-kjemiske egenskaper. De er vanligvis en blanding av både silika, alumina og vannmolekyler, med løst bundne positive ioner som lett kan byttes ut med andre. Disse positive ionene, så vel som zeolittenes unike mikroporøse struktur, gjør at de kan ha vidt anvendbare katalytiske evner.
Det er over 250 kjente zeolittstrukturer, hvorav 40 er naturlig forekommende. Hver unike struktur mottar en 3-bokstavsbetegnelse av International Zeolite Association Structure Commission.
Krystallene danner en gjentatt gitterstruktur, som kan identifiseres og måles gjennom krystallografi. Zeolitter har et stort overflateareal på grunn av porene og kan adsorbere et bredt utvalg av kationer som natrium, kalsium, kalium eller magnesium. De kan også adsorbere hydrogenkationer for å fungere som faste syrer.
Den første zeolitten ble oppdaget på 18-tallet da det ble funnet at mineralet stilbitt ga fra seg betydelige mengder damp ved oppvarming. Dette førte til forståelsen av at vann kunne adsorberes til overflaten av materialet. Ytterligere studier har identifisert mange mineraler innenfor familien av zeolitter, med mange forskjellige strukturelle konfigurasjoner og porestørrelser.
Zeolitter er svært stabile, giftfrie, gjenbrukbare og kan lages av ekstremt rikelig med naturlige materialer. Menneskeskapte zeolitter kan syntetiseres fra oppvarming av aluminiumoksyd og silisiumoksyd med natriumhydroksid, med ytterligere malkjemikalier som brukes for å styre strukturen til krystallen når den dannes.
Porene til hver forskjellige zeolitttype kan føre til at bindinger brytes på spesifikke og repeterbare steder, og maksimerer ønsket produkt og minimerer eventuelle uønskede derivater. Dette er spesielt nyttig ved resirkulering av plastavfall, der zeolittporer kan skjære av molekylstykker med spesifikk størrelse fra den mye større polymeren, som deretter kan omdannes til nye polymerer eller helt nye materialer. Et lignende prinsipp har vært vellykket i å transformere metan, en klimagass, til metanol.
Disse fascinerende materialene har også evnen til å oppføre seg som molekylsikter, og filtrere molekylære blandinger i henhold til porene i zeolittstrukturen. Denne størrelseseksklusjonen tillater filtrering og adsorbering av forskjellige molekyler avhengig av hvilken av de 250 zeolittstrukturene som brukes. Menneskeskapte zeolitter er vanligvis foretrukket for dette, da størrelsen og formen på krystallen kan manipuleres og mineralet er mindre sannsynlig å inneholde forurensninger.
Til tross for deres ønskelige egenskaper kan noen zeolitter være vanskelige å jobbe med i industriell skala. For å bekjempe dette har komposittmaterialer blitt utviklet for å maksimere fordelene med materialet med færre ulemper. Svenske forskere har utviklet en lett zeolitt-skum-kompositt, som opprettholder nok zeolitt-overflateareal til å være nyttig i selektiv adsorpsjon av karbondioksid, og fjerner det fra atmosfæren. Skumrammeverket tillater mer gass å være i kontakt med katalysatoren, i motsetning til konvensjonelle zeolittpulver.
Zeolitter har også blitt brukt for å hjelpe til med vannrensing, da krystallen kan adsorbere og utveksle ioner som vanligvis finnes i hardt vann som kalsium og magnesium, og erstatte dem med mindre skadelige alternativer.
Chemwatch er støttet av over 30 års kjemisk ekspertise, med et omfattende bibliotek med SDS og stoffdata. For mer informasjon om fysiske og kjemiske egenskaper til stoffer, eller for å lære mer om våre tjenester, vennligst kontakt Chemwatch lag i dag eller e-post sa***@ch*******.net.
kilder:
