Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Структура. Обычно цеолиты определяют как трехмерные кристаллические структуры, имеющие однородные поры (необязательно только одного сечения) молекулярных размеров




Обычно цеолиты определяют как трехмерные кристаллические структуры, имеющие однородные поры (необязательно только одного сечения) молекулярных размеров. Поскольку алюминий и кремний могут быть замещены соответственно на бор, галлий или германий, фосфор, то можно приготовить композиции разного состава, обладающие свойствами цеолитов и обозначаемые как цеолитоподобные структуры.

Основой структуры цеолитов является почти правильный тетраэдр, Цеолиты имеют структуру из каркаса тетраэдров ((Si, Al)O4), где сбалансированы отрицательные заряды, главным образом Ca, Na, K. Каркас содержит крупные полости и каналы, в которых присутствуют молекулы воды, Катионы и молекулы воды слабо связаны с Каракасом и могут быть частично или полностью замещены (удалены) путем ионного обмена и дегидрации, причем обратимо, без разрушения каркаса цеолита. Лишенный воды цеолит представляет собой микропористую кристаллическую «губку», объем пор в которой составляет до 50% объема каркаса цеолита. Бывают прямые каналы и зигзагообразные (синусоидальные) – эллиптические. Дегидратированные цеолиты способны адсорбировать вместо воды другие вещества: аммоний, спирт, NO2, H2S и т.д. Размеры каналов у некоторых цеолитов достаточно велики, чтобы в них проникали небольшие органические молекулы и катионы.

Благодаря этому обнаруживается уникальная способность к ионному обмену и адсорбции молекул. Различают цеолиты, характеризующиеся микропорами малых (0,3-0,45 нм, А), средних (0,55 нм, пентасилы), больших (0,75 нм, фожазиты, b - 0,64 - 0,76 нм) и экстрабольших (> 0,8 нм, морденит) размеров. Приведенные выше размеры могут быть несколько различными в пределах одного структурного типа, поскольку они зависят от соотношения кремния к алюминию, типа катионов, адсорбции различных молекул, в первую очередь воды. Так, для цеолитов КА (калиевый цеолит, тип А) диаметр кольца равен 0,3 нм, NaA (натриевый цеолит тип А) - 0,42 нм, а в CaA (кальциевый цеолит тип А) - 0,5 нм.

Совокупность каналов и полостей создает систему пор, поверхность которых (внутренняя поверхность адсорбента) и может составлять сотни квадратных метров на 1 г.

Изменяя условия синтеза, возможно получать образцы, отличающиеся соотношением Si / Al, типом вторичных структур и образующие разнообразные пространственные решетки. Причем если раньше успехи синтеза новых структур определяла интуиция ученого, то сейчас синтезу предшествует моделирование на ЭВМ. Это дает в руки исследователя цеолиты, имеющие разные по размерам поры. Сейчас известно около 600 синтетических цеолитов (природных – около 50), часто не имеющих природных аналогов.

Теперь можно объяснить особенности действия цеолитов, отмеченные в начале статьи. Цеолиты, содержащие значительное число катионов, способны эффективно и селективно извлекать различные ионы из растворов, обеспечивать их концентрирование. Эти качества определяют широкое использование цеолитов как ионообменников, компонентов моющих средств, минеральных удобрений.
Особенности адсорбции на цеолитах связаны с тем, что ажурность кристаллической структуры создает большой адсорбционный объем (до 0,54 см3/г для фожазитов), а его геометрия определяет молекулярно-ситовые свойства. Наличие акцепторных центров, прочно удерживающих доноры электронов, или ОН-групп, прочно удерживающих основания, обусловливает сильное взаимодействие адсорбируемых молекул с адсорбентом.

Следует помнить, что цеолиты адсорбируют лишь те молекулы, критический диаметр которых соответствуют размерам каналов структур каркаса. Мельчайшие размеры каналов обуславливают способность цеолитов к резко выраженной избирательной адсорбции.

Для оценки возможности адсорбции молекул цеолитами используют газокинетический диаметр (s), определяемый из молекулярных свойств веществ. Так, значение s воды равно 0,27, метана 0,38, а бензола 0,56 нм. Понятно, что цеолит KA будет адсорбировать только воду, NaA - воду и метан, а цеолиты типа фожазита - всю смесь. Но понятно, что если микропора будет значительно больше, чем s соединения, абсорбирующая способность упадет.

Стоит сказать несколько слов про способы регенерации цеолитов.

Во многих случаях это невозможно или экономически нецелесообразно. Но в случае насыщения ионами аммония, ее можно провести в основном двумя способами реагентным и безреагентным. Наиболее эффективна регенерация с использованием кислотных и щелочных растворов. При этом селективная обменная емкость несколько возрастает в сравнении с ее начальной величиной. Но даже разбавленные до 0,5N реагенты постепенно разрушают кристаллическую решетку. В некоторых работах указывается возможность перезарядки ионообменных свойств цеолитов концентрированным раствором хлорида натрия, т.е. так же как и ионообменные смолы.

При безреагентной регенерации отработанного цеолита проводят термическую обработку при температуре 500-600оС в воздушной среде (в случае абсорбции газов цеолиты обычно достаточно нагреть до 200-300 С). . Этот способ эффективен в присутствии солей щелочных и щелочноземельных металлов. Но при этом динамическая емкость цеолитов полностью не восстанавливается. В некоторых работах упоминается теоретическая возможность регенерации насыщенного аммиаком цеолита при помощи особого вида бактерий, но автор сразу оговаривается, что это крайне медленный процесс.


Поделиться:

Дата добавления: 2015-01-15; просмотров: 73; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты