ตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีสามารถมีรูปร่าง ขนาด และรูปแบบต่างๆ ได้ทั้งหมด พวกเขาใช้เพื่อลดเกณฑ์พลังงานที่จำเป็นในการกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตรา—บ่อยครั้งตามลำดับความสำคัญ ประมาณ 90% ของสารเคมีสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมเกี่ยวข้องกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา
การค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพและเฉพาะเจาะจงมากที่สุดเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการทางเคมี และการมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่พร้อมใช้งานและปรับให้เข้ากับปฏิกิริยาต่างๆ ได้นั้นเหมาะอย่างยิ่ง ซึ่งเป็นจุดที่กลุ่มวัสดุซีโอไลต์เปล่งประกาย
ซีโอไลต์เป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่มีองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพคล้ายกัน พวกมันมักจะเป็นส่วนผสมของทั้งโมเลกุลของซิลิกา อลูมินา และน้ำ โดยมีไอออนบวกจับตัวกันหลวมๆ ซึ่งสามารถแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่นๆ ได้ง่าย ไอออนบวกเหล่านี้ รวมถึงโครงสร้างรูพรุนขนาดเล็กที่เป็นเอกลักษณ์ของซีโอไลต์ ช่วยให้ไอออนเหล่านี้มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาอย่างกว้างขวาง
มีโครงสร้างซีโอไลต์ที่รู้จักมากกว่า 250 โครงสร้าง โดย 40 โครงสร้างเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่ละโครงสร้างที่ไม่ซ้ำกันได้รับการกำหนดตัวอักษร 3 ตัวโดย International Zeolite Association Structure Commission
ผลึกก่อตัวเป็นโครงสร้างขัดแตะซ้ำๆ กัน ซึ่งสามารถระบุและวัดค่าได้ด้วยวิธีผลึกศาสตร์ ซีโอไลต์มีพื้นที่ผิวกว้างขวางเนื่องจากมีรูพรุนและสามารถดูดซับไอออนบวกได้หลากหลาย เช่น โซเดียม แคลเซียม โพแทสเซียม หรือแมกนีเซียม พวกเขายังสามารถดูดซับไฮโดรเจนไอออนบวกเพื่อทำหน้าที่เป็นกรดของแข็ง
ซีโอไลต์ตัวแรกถูกค้นพบในศตวรรษที่ 18 เมื่อพบว่าแร่สติลไบท์ปล่อยไอน้ำจำนวนมากเมื่อถูกความร้อน สิ่งนี้นำไปสู่ความเข้าใจว่าน้ำสามารถดูดซับไปที่พื้นผิวของวัสดุได้ การศึกษาเพิ่มเติมได้ระบุแร่ธาตุหลายชนิดในตระกูลซีโอไลต์ โดยมีโครงสร้างและขนาดรูพรุนที่แตกต่างกันมากมาย
ซีโอไลต์มีความเสถียรสูง ไม่เป็นพิษ ใช้ซ้ำได้ และทำจากวัสดุธรรมชาติที่มีอยู่มากมาย ซีโอไลต์ที่มนุษย์สร้างขึ้นสามารถสังเคราะห์ได้จากการให้ความร้อนกับอะลูมินาและซิลิกาด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยมีการใช้สารเคมีต้นแบบเพิ่มเติมเพื่อเป็นแนวทางในโครงสร้างของคริสตัลในขณะที่มันก่อตัวขึ้น
รูพรุนของซีโอไลต์ที่แตกต่างกันแต่ละชนิดอาจทำให้พันธะแตกหักในตำแหน่งเฉพาะและเกิดซ้ำได้ ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการสูงสุด และลดอนุพันธ์ที่ไม่ต้องการให้เหลือน้อยที่สุด สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการรีไซเคิลขยะพลาสติก โดยรูพรุนของซีโอไลต์สามารถตัดชิ้นส่วนโมเลกุลขนาดเฉพาะออกจากโพลิเมอร์ที่ใหญ่กว่ามาก ซึ่งจากนั้นจะสามารถนำไปใช้ใหม่เป็นโพลิเมอร์ใหม่หรือวัสดุใหม่ทั้งหมด หลักการที่คล้ายกันนี้ประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนก๊าซมีเทนซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกให้เป็นเมทานอล
วัสดุที่น่าสนใจเหล่านี้ยังมีความสามารถในการทำหน้าที่เป็นตะแกรงโมเลกุล กรองส่วนผสมของโมเลกุลตามรูพรุนภายในโครงสร้างซีโอไลท์ การแยกขนาดนี้ช่วยให้สามารถกรองและดูดซับโมเลกุลต่างๆ ได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างซีโอไลต์ 250 โครงสร้างที่ใช้ ซีโอไลต์ที่มนุษย์สร้างขึ้นมักเป็นที่ต้องการเนื่องจากขนาดและรูปร่างของผลึกสามารถปรับเปลี่ยนได้ และแร่นี้มีโอกาสน้อยที่จะมีสารปนเปื้อน
แม้จะมีคุณสมบัติที่ต้องการ แต่ซีโอไลต์บางชนิดอาจใช้งานในระดับอุตสาหกรรมได้ยาก เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้ วัสดุคอมโพสิตได้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อเพิ่มประโยชน์สูงสุดของวัสดุโดยมีข้อเสียน้อยลง นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนได้พัฒนาคอมโพสิตซีโอไลต์-โฟมที่มีน้ำหนักเบา ซึ่งรักษาพื้นที่ผิวซีโอไลต์ให้เพียงพอเพื่อเป็นประโยชน์ในการเลือกดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และกำจัดออกจากชั้นบรรยากาศ โครงสร้างโฟมช่วยให้ก๊าซสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาได้มากขึ้น ซึ่งตรงข้ามกับผงซีโอไลต์ทั่วไป
ซีโอไลต์ยังถูกนำมาใช้เพื่อช่วยในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ เนื่องจากคริสตัลสามารถดูดซับและแลกเปลี่ยนไอออนที่พบได้ทั่วไปในน้ำกระด้าง เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียม โดยแทนที่ด้วยสารอื่นที่เป็นอันตรายน้อยกว่า
Chemwatch ได้รับการสนับสนุนโดยผู้เชี่ยวชาญด้านเคมีกว่า 30 ปี มีคลังข้อมูล SDS และสารต่างๆ มากมาย หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของสาร หรือเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับบริการของเรา โปรด ติดต่อ Chemwatch ทีม วันนี้หรืออีเมล sa***@ch*********.net.
แหล่งที่มา:
