Katalizatory chemiczne mogą mieć różne kształty, rozmiary i formy. Służą do obniżenia progu energetycznego wymaganego do aktywacji reakcji chemicznej, zwiększając w ten sposób szybkość - często o rzędy wielkości. Szacuje się, że 90% chemikaliów syntetyzowanych przemysłowo wymaga pewnego zastosowania katalizy.
Znalezienie najbardziej wydajnych i specyficznych katalizatorów jest istotną częścią procesów chemicznych, a posiadanie katalizatora, który jest zarówno łatwo dostępny, jak i można go dostosować do różnych reakcji, jest idealnym rozwiązaniem — w tym miejscu błyszczy rodzina materiałów zeolitowych.
Zeolity to klasa materiałów o podobnym składzie chemicznym i właściwościach fizykochemicznych. Zwykle są mieszaniną zarówno cząsteczek krzemionki, tlenku glinu, jak i wody, z luźno związanymi jonami dodatnimi, które można łatwo wymienić na inne. Te jony dodatnie, jak również unikalna mikroporowata struktura zeolitów, pozwalają im na szerokie zastosowanie zdolności katalitycznych.
Istnieje ponad 250 znanych struktur zeolitu, z których 40 występuje naturalnie. Każda unikalna struktura otrzymuje 3-literowe oznaczenie przez International Zeolite Association Structure Commission.
Kryształy tworzą powtarzającą się strukturę sieciową, którą można zidentyfikować i zmierzyć za pomocą krystalografii. Zeolity mają rozległą powierzchnię dzięki swoim porom i mogą adsorbować szeroką gamę kationów, takich jak sód, wapń, potas lub magnez. Mogą również adsorbować kationy wodoru, aby działać jako stałe kwasy.
Pierwszy zeolit został odkryty w XVIII wieku, kiedy odkryto, że mineralny stilbit po podgrzaniu wydziela znaczne ilości pary wodnej. Doprowadziło to do zrozumienia, że woda może być adsorbowana na powierzchni materiału. Dalsze badania pozwoliły zidentyfikować wiele minerałów z rodziny zeolitów, o wielu różnych konfiguracjach strukturalnych i rozmiarach porów.
Zeolity są wysoce stabilne, nietoksyczne, wielokrotnego użytku i mogą być wykonane z niezwykle obfitych materiałów naturalnych. Sztuczne zeolity można syntetyzować przez ogrzewanie tlenku glinu i krzemionki wodorotlenkiem sodu, z dodatkowymi chemikaliami matrycowymi wykorzystywanymi do kierowania strukturą kryształu podczas jego formowania.
Pory każdego innego typu zeolitu mogą powodować zerwanie wiązań w określonych i powtarzalnych miejscach, maksymalizując pożądany produkt i minimalizując wszelkie niepożądane pochodne. Jest to szczególnie przydatne w recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych, gdzie pory zeolitu mogą odrywać cząstki cząsteczkowe o określonej wielkości od znacznie większego polimeru, który następnie można ponownie wykorzystać w nowe polimery lub całkowicie nowe materiały. Podobna zasada okazała się skuteczna w przekształcaniu metanu, gazu cieplarnianego, w metanol.
Te fascynujące materiały mają również zdolność zachowywania się jak sita molekularne, filtrujące mieszaniny molekularne zgodnie z porami w strukturze zeolitu. To wykluczenie wielkości pozwala na filtrowanie i adsorbowanie różnych cząsteczek w zależności od tego, która z 250 struktur zeolitu jest wykorzystywana. Zwykle preferowane są do tego sztuczne zeolity, ponieważ można manipulować rozmiarem i kształtem kryształu, a minerał zawiera mniej zanieczyszczeń.
Pomimo swoich pożądanych właściwości, niektóre zeolity mogą być trudne w obróbce na skalę przemysłową. Aby temu zaradzić, opracowano materiały kompozytowe, które maksymalizują zalety materiału przy mniejszej liczbie wad. Szwedzcy naukowcy opracowali lekki kompozyt zeolit-pianka, który zachowuje wystarczającą powierzchnię zeolitu, aby był użyteczny w selektywnej adsorpcji dwutlenku węgla, usuwając go z atmosfery. Struktura pianki pozwala na kontakt większej ilości gazu z katalizatorem, w przeciwieństwie do konwencjonalnych proszków zeolitu.
Zeolity były również wykorzystywane do wspomagania wysiłków związanych z oczyszczaniem wody, ponieważ kryształ może adsorbować i wymieniać jony powszechnie występujące w twardej wodzie, takie jak wapń i magnez, zastępując je mniej szkodliwymi alternatywami.
Chemwatch opiera się na ponad 30-letnim doświadczeniu w dziedzinie chemii, szczycąc się obszerną biblioteką kart charakterystyki i danych dotyczących substancji. Aby uzyskać więcej informacji na temat właściwości fizycznych i chemicznych substancji lub dowiedzieć się więcej o naszych usługach, prosimy o kontakt skontaktować się z Chemwatch zespół dzisiaj lub e-mail sa***@ch**********.net.
Źródła:
