Zeoliți naturali și sintetici utilizați la descompunerea catalitică a NOX

Introducere

Zeoliţii sunt un grup mare de silicaţi naturali şi sintetici de aluminiu hidratat.Ei sunt caracterizaţi de o structură complexă, tri-dimensională, cu cavităţi largi care pot îngloba Na, Ca sau alţi cationic (atomi încărcaţi pozitiv sau clusteri atomici), molecule de apă şi chiar mici molecule organice.

Ionii şi moleculele din cavităţi pot fi mutaţi fară a distruge cadrul sau suportul de aluminosilicaţi.

Zeoliţii pot avea o utilizare pe scară largă ca agenţi de schimb ionic, catalizatori şi filtre moleculare într-o multitudine de procese industriale.

Cuvântul “zeolit” provine din limba greacă, însemnând “piatră fierbinte”, din cauza observaţiei timpurii că zeoliţii eliberează apă dacă sunt încălziţi. Datorită faptului că nu au o compoziţie fixă, sunt exemple de compuşi nonstoichiometrici.

Structura zeoliţilor

Stucturile atomice ale zeoliţilor se bazează pe cadre tetraedrice de alumină şi silice dispuse tri-dimensional, ceea ce sunt de fapt atomi de Al şi Si înconjuraţi de 4 atomi de O într-o configuraţie tetraedrică.

Fiecare oxigen este legat de doi atomi de Si sau Al, conectându-i împreună. Clusterii tetraedrului formează unităţi poliedrale care sunt în continuare legate pentru a construii întreaga structură.

Cadrul de aluminosilicaţi al zeoliţilor este încărcat negativ, acest lucru fiind echilibrat de către cationii adăpostiţi în cavităţi. Zeoliţii au structuri mult mai deschise şi mai puţin dense decât alţi silicaţi. Între 20-50 % din volumul unui zeolit este reprezentat de goluri.

Silicaţii, cum sunt zeoliţii care au structura unui tetraedru dispus tri-dimensional, sunt numiţi tectosilicaţi. Înafară de zeoliţi, tectosilicaţii mai includ cuarţ şi feldspaţ.

Zeoliţi naturali

Există aproximativ 45 de zeoliţi naturali; aceştia formează la temperaturi joase medii geologice. Bulele de gaz din bazalte şi alte roci vulcanice pot conţine grupuri de cristale de zeolit. Din punct de vedere economic, mai importante sunt boabele fine de zeolit, cum ar fi clinoptiolitul (Na, K) AlSi5O12∙3 H2O, format prin alterarea granulelor fine ale depozitelor vulcanice de către apa subterană.

Zeoliţii se pot forma de asemenea în sedimentele alcaline ale unor lacuri din deşert, în soluri alcaline din deşert şi în sedimente marine.

Zeoliţii apar în rocile metamorfice la temperaturi joase, ca de exemplu în sudul Islandei sau în Noua Zeelandă.

Zeoliţi sintetici

Deşi unii zeoliţi naturali apar în cantităti mai mari, aceştia oferă numai o gamă limitată de structuri atomice şi proprietăţi. Zeoliţii sintetici au o gamă mai largă de proprietăţi şi cavităţi mai largi decât omologii lor naturali.

Au fost produşi pentru prima dată în 1950. Azi, mai mult de 100 de zeoliţi diferiţi au fost sintetizaţi, iar producţia anuală a acestora depăşeşte 12.000 de tone.

Zeoliţii sunt realizaţi în mai multe moduri; o tehnică importantă presupune amestecarea sodiului, aluminiului şi chimicalelor pe bază de silice cu abur pentru a crea un gel. Gelul este lăsat o perioadă, apoi încălzit la cca. 90 0C (1940 F).

O altă tehnică foloseşte caolin care este încălzit într-un cuptor până începe să se topească, apoi refrigerat şi măcinat sub formă de pudră. Această pudră este amestecată cu săruri de sodiu şi apă,lăsată o vreme, apoi încăzite.

În toate metodele de sinteză, zeolitul produs depinde de compoziţia materiei prime şi de condiţiile de reacţie, incluzând aciditatea, temperatura şi presiunea apei.