Фожазит (цеолит типа FAU) представляет собой минеральную группу цеолитового семейства силикатных минералов . Группа состоит из фожазита-Na, фожазита-Mg и фожазита-Ca. Все они имеют одну и ту же основную формулу (Na 2 ,Ca,Mg) 3,5 [Al 7 Si 17 O 48 ]·32(H 2 O) за счет изменения количества натрия, магния и кальция. [1] Фожазит встречается как редкий минерал в нескольких местах по всему миру.
Фожазитовые материалы широко синтезируются в промышленности. Синтетический фожазит с относительно низким содержанием кремнезема (Si/Al<2) называется цеолитом X , а с высоким содержанием кремнезема (Si/Al>2) называется цеолитом Y. Кроме того, алюминиевый компонент в цеолите Y можно удалить кислотной обработкой и/или обработкой паром, и полученный фожазит называется USY (сверхстабильный цеолит Y). USY используется в процессе флюид-каталитического крекинга в качестве катализатора.
Фожазит был впервые описан в 1842 году в карьерах Лимберг, Засбах , Кайзерштуль , Баден-Вюртемберг , Германия . Модификатор натрия фожазит-Na был добавлен после открытия в 1990-х годах фаз, богатых магнием и кальцием. Он был назван в честь Бартелеми Фожа де Сен-Фонда (1741–1819), французского геолога и вулканолога. [4] [5]
Фожазит встречается в пузырьках в базальтовой и фонолитовой лаве и туфе как измененный или аутигенный минерал. Встречается с другими цеолитами, оливином , авгитом и нефелином . [3]
.svg/1280px-Structural_features_of_the_faujasite_zeolite_framework_(FAU).svg.png)
Международная ассоциация цеолитов присвоила каркасу фожазита код FAU . [6] Он состоит из содалитовых клеток, соединенных шестиугольными призмами . Пора, образованная 12-членным кольцом, имеет относительно большой диаметр — 7,4 Å. Внутренняя полость имеет диаметр 12 Å и окружена 10 клетками из содалита. Элементарная ячейка кубическая; Символ Пирсона cF576, симметрия F d 3 m, № 227 , [7] постоянная решетки 24,7 Å. Из двух типов (X и Y) цеолитов, кодированных FAU, цеолит Y, который имеет более высокий диапазон содержания кремнезема и оксида алюминия, имеет долю пустот 48% и соотношение Si/Al 2,43. [ нужна ссылка ] Термически разлагается при температуре 793 °C. [8]
Фожазит синтезируется, как и другие цеолиты, из источников оксида алюминия, таких как алюминат натрия , и источников кремнезема, таких как силикат натрия . Также используются другие алюмосиликаты, такие как каолин . Ингредиенты растворяют в основной среде, такой как водный раствор гидроксида натрия , и кристаллизуют при температуре от 70 до 300 °C (обычно при 100 °C). После кристаллизации фожазит находится в натриевой форме и должен быть подвергнут ионному обмену с аммонием для улучшения стабильности. Ион аммония удаляется позже путем прокаливания , в результате чего цеолит переходит в кислотную форму. В зависимости от соотношения кремнезема и глинозема в каркасе синтетические фожазитные цеолиты подразделяются на цеолиты X и Y. В цеолитах X это соотношение составляет от 2 до 3, тогда как в цеолитах Y оно составляет 3 или выше. Отрицательные заряды каркаса уравновешиваются положительными зарядами катионов (обычно либо натрия из раствора NaOH, либо аммония или H + после обменов) в некаркасных позициях. Такие цеолиты обладают ионообменными, каталитическими и адсорбционными свойствами. Стабильность цеолита увеличивается с увеличением соотношения кремнезема и оксида алюминия в каркасе (правило Ловенштейна). На это также влияют тип и количество катионов, находящихся в некаркасных позициях. Для каталитического крекинга цеолит Y часто используется в обменной форме редкоземельных металлов и водорода. [9]
Используя термические, гидротермальные или химические методы, часть оксида алюминия можно удалить из каркаса цеолита Y, в результате чего получаются цеолиты Y с высоким содержанием кремнезема. Такие цеолиты используются в катализаторах крекинга и гидрокрекинга . В результате полного деалюминирования образуется фожазит-кремнезем. [9]
Фожазит используется, прежде всего, в качестве катализатора при флюид-каталитическом крекинге для преобразования высококипящих фракций нефти в более ценные бензин, дизельное топливо и другие продукты. Цеолит Y заменил цеолит X в этом использовании, поскольку он более активен и более стабилен при высоких температурах из-за более высокого соотношения Si/Al. Он также используется на установках гидрокрекинга в качестве платино-палладиевого носителя для увеличения содержания ароматических веществ в продуктах нефтепереработки с измененным составом. [10]
Цеолит типа X может использоваться для селективной адсорбции CO 2 из газовых потоков [11] и применяется при предварительной очистке воздуха при промышленном воздухоразделении.
Благодаря своей широко известной структуре, поведению и свойствам фожазит часто используется в качестве стандарта в каталитических и (ад/де)сорбционных исследованиях на цеолитах наряду с MFI, FER и CHA [12] [13] [14] [15]