Цеолиты ФОЖАЗИТЫ
О целите Цеолиты – большая группа микропористых кристаллических алюмосиликатов, трехмерный каркас которых пронизан полостями и каналами нанометрических размеров. Физикохимические свойства этих материалов зависят от геометрии их пористой структуры, химии каркаса и от природы внекаркасных структур.
Свойства цеолитов Устойчивы к воздействию высоких температур Устойчивы в агрессивных средах Устойчивы к ионизирующим излучениям Высокие сорбционные свойство Обладают молекулярно-ситовым эффектом Обладают способностью действовать как катализаторы различных химических реакций Возможность структурного и химического модифицирования
Применение Наиболее широко цеолиты используются в газонефтехимии, ионном обмене (очистка и умягчение воды), адсорбции и разделении паров и газов и удалении примесей (в частности, вредных и экологически опасных) из газов и растворов. Помимо этого цеолиты находят все более широкое применение в сельском хозяйстве, животноводстве, бумажной промышленности и строительстве.
Общие сведения о структуре Химический состав цеолитов в упрощенном виде может быть представлен формулой: |Mx/n| • [(Al. O 2)x • (Si. O 2)y] • z. H 2 O Структурно, цеолиты являются сложными кристаллическими неорганическими полимерами, элементарными строительными блоками в которых являются тетраэдры Al. O 4 и Si. O 4 (атомы Al и Si принято идентифицировать как Т атомы), связанные друг с другом общим ионом кислорода. Каждый тетраэдр Al. O 4 несет отрицательный заряд, компенсирующийся внекаркасными катионами.
Бесконечно простирающийся трехмерный четырехсвязный каркас, образованный тетраэдрами Al. O 4 и Si. O 4 , формирует пористую структуру цеолита. Каркасная структура цеолита, таким образом, включает внутрикристаллитные каналы или связанные между собой пустоты, в которых локализуются компенсирующие внекаркасные катионы, а также адсорбированные молекулы воды. В большинстве цеолитных структур первичные структурные блоки Al. O 4 и/или Si. O 4 объединены во вторичные, являющиеся простыми многогранниками, такими как кубы, гексагональные призмы или кубооктаэдры.
Типы каркасов Цеолиты могут быть классифицированы исходя из топологии каркаса безотносительно к химическому составу и выбора наивысшей возможной симметрии рассматриваемой топологии. Все цеолиты, имеющие одинаковую топологию, образуют тип цеолитного каркаса. В настоящее время известен 191 тип каркасов, признанные Структурной Комиссией Международной Цеолитной ассоциации. Каждому типу приписан код из трех букв.
Примеры многогранников, являющихся составными блоками в различных цеолитах. Прописными буквами указаны общепринятые названия структур цеолитов, для которых характерны изображенные блоки
Фожазит (FAU) Каркас цеолитов типа FAU может быть построен сочленением содалитовых ячеек через гексагональные призмы (двойные шестичленные кольца). Такое построение приводит к созданию большой полости в фожазитах, называемой в международной литературе «суперполостью» . Эта большая полость доступна через трехмерную систему пор, образуемую 12 - членными кольцами. Пространственная группа симметрии - кубическая, Fd - 3 m, размер элементарной ячейки a = 24. 74 Å.
Содержание элементарной ячейки гидратированного фожазита может быть представлена формулой: |Mx/n(H 2 O)y | [Alx. Si 192–x. O 384 ], где x – число атомов Al в 17 элементарной ячейке, М – n-валентный катион. Цеолиты типа FAU, содержат различные катионы: Na+ K+ Ba 2+ Cu 2+ Ni 2+ Li+ Rb+ Sr 2+ Cs+ и др
Получение Этот способ включает смешивание глинистого материала с кислородсодержащим неорганическим веществом, прокаливание, грануляцию, сушку гранул, гидротермальную кристаллизацию в щелочном растворе, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего неорганического вещества используют гидроксид алюминия или диоксид кремния, на смешивание дополнительно подают среднюю соль алюминия и гидроксид натрия, взятый в количестве 0, 02 0, 05 мас. от количества глинистого материала, после смешивания проводят термопаровую обработку смеси при 110 250 o. С в течение 10 60 мин, перед грануляцией ее смешивают с алюмокремнегидрогелем до образования однородной массы и гидротермальную кристаллизацию ведут в растворе, содержащем алюминат-ионы.
Элементарная ячейка фожазита содержит 16 гексагональных призм, 8 содалитовых ячеек и 8 больших полостей. В местах S 1, S 1′, S 2', S 2 и S 3 могут находиться 16, 32, 32 и 96 катионов соответственно Основными местами локализации катионов являются: положение S 1 возле центра шестигранной призмы, положение S 1' внутри содалитовой ячейки на грани шестичленного кольца призмы, положение S 2' в содалитовой ячейке на шестичленном кольце, смотрящем в большую полость, положение S 2 в большой полости возле шестичленного кольца и положение S 3 в большой полости возле четырехчленных колец.
Вывод Цеолит — это ионообменник: он отдаёт ионы калия и кальция, других микро- и макроэлементов, а вместо них забирает токсические ионы и удерживает их в своей решётке. Свойства этого камня к поглощению и потере воды без разрушения кристаллического каркаса и обмену катионов находят ему применение в качестве катализатора, сорбента, ионообменника, молекулярного сита. Именно пористая структура и разнообразный состав ионов определяют его качества, делая цеолит незаменимым для использования в химической, атомной, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, быту и медицине.
