Реферат: Кристаллизация, структурно-химическое модифицирование и адсорбционные свойства цеолитов. (физхимия)
Выполнил:
студент группы МАГ-V
Нагорный О.В.
Проверил:
д.т.н. Кетов А.А.
Пермь,1999
Содержание
Введение................................................................................................... 2
Структура цеолитов........................................................................................ 5
Кристаллизация цеолитов из щелочных силикаалюмогелей...................... 11
Направленный синтез цеолитов.................................................................... 13
Варьирование адсорбционных свойств цеолитов....................................... 19
Список использованной литературы.................................................... 22
Введение
После открытия в конце 50-х гг. каталитических свойств цеолитов начались интенсивные исследования их структуры, свойств и методов получения.
В природе цеолиты образуются в результате гидротермального синтеза. Эффективных способов обогащения пород не существует, поэтому на практике используют только богатые залежи цеолитов.
В промышленных масштабах главным образом используют синтетические цеолиты. Хотя в настоящее время известно свыше 30 природных цеолитов, но только 8 из них (анальцим, шабазит, клиноптилолит, эрионит, феррьерит, ломонтит, морденит и филлипсит), встречающихся в основном в осадочных породах, могут иметь промышленное значение. Трудности связаны с разведкой, изучением и разработкой месторождений. Вообще, во всем мире потенциальный запас пригодных для использования цеолитов достаточно велик.
Уровень современного промышленного производства синтетических цеолитов достигает нескольких сотен тысяч тонн в год и определяется главным образом, потребностями нефтехимической промышленности, где синтетические цеолиты некоторых структурных типов находят широкое применение в качестве катализаторов или их носителей. Также цеолиты широко применяются при сушке, очистке и разделении веществ, а также в качестве ионообменников.
Вместе с тем цеолиты сами по себе являются интересными объектами для научных исследований: они представляют собой пористые тела, характеризующиеся определенной структурой скелета и регулярной геометрией пор (внутрикристаллических полостей и каналов). Важной особенностью цеолитов является возможность варьирования химического состава кристаллов и геометрических параметров (формы и размеров) внутрикристаллических пор, т.е. возможность их структурного и химического модифицирования, что можно осуществлять либо варьируя условия прямого синтеза цеолитов, либо изменяя химический состав кристаллов цеолитов одного и того же структурного типа.
Благодаря сравнительной легкости химического модифицирования цеолитов появляются широкие возможности для осуществления контролируемых изменений структуры и свойств кристаллов. Это обстоятельство делает цеолиты весьма удобными объектами для исследования адсорбционных равновесий, природы адсорбционных взаимодействий, механизма и кинетики каталитических реакций, молекулярно-ситовых эффектов, диффузии молекул в тонких порах контролируемых размеров.
О перспективах все большего практического использования цеолитов говорит обширная патентная и научная литература. По данным [1] число патентов на синтез и применение цеолитов только в США, уже по состоянию на 1973 г., составляло более 2000, а число научных статей по цеолитам, опубликованных к этому же времени, - свыше 7000
Структура цеолитов
При рассмотрении химических и каталитических свойств цеолитов часто достаточно феноменологического описания, однако по-настоящему понять эти явления можно, только детально изучив кристаллическую структуру цеолитов.
Из-за сложности физических свойств цеолитов им трудно дать точное определение. Так один из авторов [2] предлагает называть цеолитами “алюмосиликаты с каркасной структурой, в которой имеются полости, занятые большими ионами и молекулами воды, причем и те и другие характеризуются значительной подвижностью, что обеспечивает возможность ионного обмена и обратимой дегидратации”. Каркасная структура построена из соединенных вершинами тетраэдров, в которых малые атомы (называемые Т-атомами) лежат в центрах тетраэдров и атомы кислорода - в их вершинах. Положения Т в природных цеолитах заняты преимущественно атомами Al и Si, но в синтетических цеолитах их можно заменить на близкие по природе атомы Ga, Ge и P. Роль больших ионов в полостях природных цеолитов выполняют одно- и двухзарядные катионы Na, Сa, K, Mg и Ba, содержание которых зависит от геохимического состава среды минералообразования и распределения элементов между кристаллизующимися минералами. В лабораторных условиях в цеолит можно путем ионного обмена или прямым синтезом ввести широкий набор других катионов. Общая формула цеолита Mp Dq [Alp +2 q Sir O2 p +4 q +2 r ]×sH2 O. Поскольку каждая вершина принадлежит двум тетраэдрам, атомов кислорода в каркасе должно быть вдвое больше, чем T-атомов. Чтобы заряд компенсировался, число трехзарядных ионов Al должно быть равно сумме p (число однозарядных катионов) и 2q (удвоенное число двузарядных катоионов).
В таблице 1 приведены свойства основных цеолитов. Из этой таблицы видно, что топология каркасов синтетических цеолитов X и Y аналогична топологии каркаса фожазита, цеолит W имеет, по-видимому, такой же каркас, как маццит. Природные аналоги цеолитов A,L и ZK-5 пока не найдены
Таблица 1
Свойства некоторых цеолитов
| Название | Кристаллографические данные | Химический состав |
| A. |
Кубическая, a=12,3 Å, Pm3m(псевдоячейка) | Na12 Al12 Si12 O48 ·27H2 O |
| Шабазит | Ромбоэдрическая, а=9,4 Å, a=94,5°; R`3m | (Ca,Na2 )~2 Al4 Si8 O24 *13H2 O |
| Эрионит |
Гексагональная, а=13,3 Å, с=15,1 Å; P63 /mmc | (Ca, K2 , Na2 )~4 Al8 Si28 O72 ·27H2 O |
| Фожазит |
Кубическая, а=24,7 Å; Fd3m | ~Na13 Ca11 Mg9 K2 Al55 Si137 O384 ·235H2 O |
| X | Кубическая, а=25,0 Å | Na86 Al86 Si106 O384 ·264H2 O |
| y | Кубическая, а=24,7Å | Na56 Al56 Si136 O384 ·250H2 O |
| Гмелинит |
Гексагональная, --> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <-- К-во Просмотров: 175
Бесплатно скачать Реферат: Кристаллизация, структурно-химическое модифицирование и адсорбционные свойства цеолитов. (физхимия)
|