stringtranslate.com

Цеолит

Цеолит представляет собой семейство нескольких микропористых кристаллических алюмосиликатных материалов, обычно используемых в качестве коммерческих адсорбентов и катализаторов . [1] Они в основном состоят из кремния , алюминия , кислорода и имеют общую формулу M.п+
1/п(АлО
2)−
(SiO
2)
Икс･y Ч
2О , где Мп+
1/пявляется либо ионом металла, либо H + . Эти положительные ионы могут быть заменены на другие в контактирующем растворе электролита . ЧАС+
обменные цеолиты особенно полезны в качестве твердокислотных катализаторов . [2]

Этот термин был первоначально придуман в 1756 году шведским минералогом Акселем Фредриком Кронстедтом , который заметил, что быстрое нагревание материала, предположительно стильбита , приводит к образованию большого количества пара из воды, адсорбированной этим материалом. Основываясь на этом, он назвал этот материал цеолитом , от греческого ζέω (zéō) , что означает «кипятить», и λίθος (литос) , что означает «камень». [3]

Цеолиты встречаются в природе, но также производятся в промышленных масштабах. По состоянию на декабрь 2018 года идентифицировано 253 уникальных цеолитовых каркаса, известно более 40 встречающихся в природе цеолитовых каркасов. [4] [5] Каждая полученная новая структура цеолита проверяется структурной комиссией Международной цеолитовой ассоциации (IZA-SC) и получает трехбуквенное обозначение. [6]

Характеристики

Характеристики

Микроскопическая структура каркаса цеолита ( морденита ), собранного из разделенных углами SiO.
4тетраэдры. Натрий присутствует в виде внекаркасного катиона (зеленый цвет). Атомы Si могут быть частично заменены Al или другими четырехвалентными металлами.

Цеолиты представляют собой белые твердые вещества с обычными эксплуатационными свойствами, как и многие обычные алюмосиликатные минералы, например полевой шпат . Они имеют общую формулу MAlO 2 )(SiO 2 ) x (H 2 O) y , где M + обычно представляет собой H + и Na + . Соотношение Si/Al является переменным, что позволяет настраивать свойства. Цеолиты с соотношением Si/Al выше примерно 3 классифицируются как цеолиты с высоким содержанием кремния , которые имеют тенденцию быть более гидрофобными. H + и Na + могут быть заменены разнообразными катионами, поскольку цеолиты обладают ионообменными свойствами. Природа катионов влияет на пористость цеолитов.

Цеолиты имеют микропористую структуру с типичным диаметром 0,3–0,8 нм. Как и большинство алюмосиликатов, каркас образуется путем связывания атомов алюминия и кремния оксидами. Это соединение приводит к трехмерной сети связей Si-O-Al, Si-O-Si и Al-O-Al. Алюминиевые центры заряжены отрицательно, поэтому необходим сопутствующий катион. Эти катионы гидратируются во время формирования материалов. Гидратированные катионы разрывают плотную сеть связей Si-O-Al, Si-O-Si и Al-O-Al, что приводит к образованию регулярных полостей, заполненных водой. Из-за пористости цеолита вода может выходить из материала через каналы. Благодаря жесткости цеолитового каркаса потеря воды не приводит к схлопыванию полостей и каналов. Этот аспект – способность создавать пустоты внутри твердого материала – лежит в основе способности цеолитов действовать в качестве катализаторов. Они обладают высокой физической и химической стабильностью благодаря большому вкладу ковалентных связей. Они обладают превосходной гидрофобностью и подходят для адсорбции объемных гидрофобных молекул, таких как углеводороды. Кроме того, высококремнеземистые цеолиты H+
заменяемы, в отличие от природных цеолитов, и используются в качестве твердых кислотных катализаторов . Кислотность достаточно сильная, чтобы протонировать углеводороды, а цеолиты с высоким содержанием кремния используются в процессах кислотного катализа, таких как флюид-каталитический крекинг в нефтехимической промышленности. [7]

Цеолит Морденит с некоторыми атомами Si, замещенными атомами Al.


Рамочная структура

Три способа представления кислородной 4-членной кольцевой структуры силикатных соединений.
Сравнение каркасных структур цеолита типа LTA (слева) и цеолита типа FAU (справа)

Определены структуры сотен цеолитов. Большинство из них не возникают в природе. Для каждой структуры Международная ассоциация цеолитов (IZA) дает трехбуквенный код, называемый кодом типа каркаса (FTC). [4] Например, все основные молекулярные сита 3A, 4A и 5A относятся к LTA (Linde Type A). Большинство коммерчески доступных природных цеолитов относятся к типам MOR, HEU или ANA.

Пример обозначения кольцевой структуры цеолита и других силикатных материалов показан на правом верхнем рисунке. На среднем рисунке показаны общепринятые обозначения с использованием структурной формулы . На левом рисунке подчеркнута тетраэдрическая структура SiO 4 . Соединение атомов кислорода вместе создает четырехчленное кислородное кольцо (синяя жирная линия). Фактически такая кольцевая подструктура называется четырехчленным кольцом или просто четырехкольцом . На рисунке справа показано 4-кольцо, в котором атомы Si соединены друг с другом, что является наиболее распространенным способом выражения топологии каркаса.

На рисунке справа сравниваются типичные рамочные структуры LTA (слева) и FAU (справа). Оба цеолита имеют общую усеченную октаэдрическую структуру ( каркас содалита ) (фиолетовая линия). Однако способ их соединения (желтая линия) различен: у LTA четырехчленные кольца клетки соединены друг с другом, образуя скелет, а у FAU шестичленные кольца соединены друг с другом. В результате вход в пору LTA представляет собой 8-кольцо (0,41 нм [4] ) и принадлежит мелкопористому цеолиту , а вход в пору FAU представляет собой 12-кольцо (0,74 нм [4] ) и принадлежит крупнопористый цеолит соответственно. Материалы с 10-кольцом называются среднепористыми цеолитами , типичным примером является ZSM-5 (MFI).

Хотя известно более 200 типов цеолитов, доступно лишь около 100 типов алюмосиликатов. Кроме того, существует лишь несколько типов, которые можно синтезировать промышленно осуществимым способом и которые обладают достаточной термической стабильностью, чтобы соответствовать требованиям промышленного использования. В частности, типы FAU (фожазит, USY), * BEA (бета), MOR (высококремнеземистый морденит), MFI (ZSM-5) и FER (высококремнеземистый ферьерит) называют большой пятеркой высококремнеземистых цеолитов . , [8] и установлены промышленные способы производства.

Пористость

Термин «молекулярное сито» относится к определенному свойству этих материалов, т.е. способности избирательно сортировать молекулы, главным образом, на основе процесса исключения размера. Это связано с очень регулярной структурой пор молекулярных размеров. Максимальный размер молекулярных или ионных частиц, которые могут проникнуть в поры цеолита, контролируется размерами каналов. Они обычно определяются размером кольца отверстия, где, например, термин «восьмикольцо» относится к замкнутому контуру, который построен из восьми тетраэдрически координированных атомов кремния (или алюминия) и восьми атомов кислорода. Эти кольца не всегда идеально симметричны по ряду причин, включая напряжение, вызванное связью между звеньями, которые необходимы для создания общей структуры, или координацией некоторых атомов кислорода колец с катионами внутри структуры. Поэтому поры во многих цеолитах не имеют цилиндрической формы.

Изоморфное замещение

Изоморфное замещение Si в цеолитах возможно для некоторых гетероатомов, таких как титан , [9] цинк [10] и германий . [11] Атомы Al в цеолитах также могут быть структурно замещены бором [12] и галлием . [13]

Известны силикоалюмофосфатный тип (молекулярные сита AlPO) [14] , в котором Si изоморфен Al и P, а Al изоморфен Si, а также галлогерманат [15] и другие.

Естественное явление

Разновидность томсонита (одного из самых редких цеолитов) из Индии.

Некоторые из наиболее распространенных минеральных цеолитов — анальцим , шабазит , клиноптилолит , гейландит , натролит , филипсит и стильбит . Пример минеральной формулы цеолита: Na 2 Al 2 Si 3 O 10 ·2H 2 O, формула натролита .

Природные цеолиты образуются в результате реакции вулканических пород и слоев пепла с щелочными грунтовыми водами. Цеолиты также кристаллизуются в условиях после осадконакопления в течение периодов от тысяч до миллионов лет в мелководных морских бассейнах. Встречающиеся в природе цеолиты редко бывают чистыми и в той или иной степени загрязнены другими минералами, металлами, кварцем или другими цеолитами. По этой причине встречающиеся в природе цеолиты исключены из многих важных коммерческих применений, где важны однородность и чистота. [ нужна цитата ]

Цеолиты превращаются в другие минералы при выветривании , гидротермальных изменениях или метаморфических условиях. Несколько примеров: [16]

Драгоценные камни

Полированный томсонит

Томсониты , один из наиболее редких цеолитовых минералов, были собраны в виде драгоценных камней из серии потоков лавы вдоль озера Верхнее в Миннесоте и, в меньшей степени, в Мичигане . Конкреции томсонита в этих районах образовались в результате эрозии потоков базальтовой лавы и собираются на пляжах и аквалангистами на озере Верхнее.

Эти узелки томсонита имеют концентрические кольца различных цветов: черного, белого, оранжевого, розового, фиолетового, красного и многих оттенков зеленого. Некоторые конкреции имеют медные включения и редко встречаются с медными «глазками». При полировке на гранильном станке томсониты иногда проявляют эффект «кошачьего глаза» ( переливчатость ). [17]

Производство

Промышленно важные цеолиты получают синтетическим путем. Типичные процедуры включают нагревание водных растворов оксида алюминия и кремнезема с гидроксидом натрия . Эквивалентные реагенты включают алюминат натрия и силикат натрия . Дальнейшие варианты включают использование структурообразующих агентов (SDA), таких как катионы четвертичного аммония . [18]

Синтетические цеолиты имеют некоторые ключевые преимущества перед своими природными аналогами. Синтетические материалы производятся в однородном, фазово-чистом состоянии. Также возможно получение цеолитных структур, не встречающихся в природе. Цеолит А является хорошо известным примером. Поскольку основным сырьем, используемым для производства цеолитов, являются кремнезем и оксид алюминия, которые являются одними из наиболее распространенных минеральных компонентов на Земле, потенциал поставок цеолитов практически безграничен.

Добыча руды

Натролит из Польши.

По состоянию на 2016 год годовое производство природного цеолита в мире составляет около 3 миллионов тонн . Основными производителями в 2010 году были Китай (2 миллиона тонн), Южная Корея (210 000 тонн), Япония (150 000 тонн), Иордания (140 000 тонн), Турция (100 000 тонн), Словакия (85 000 тонн) и США (59 000 тонн). [19] Доступность богатой цеолитом породы по низкой цене и нехватка конкурирующих минералов и горных пород, вероятно, являются наиболее важными факторами для ее широкомасштабного использования. По данным Геологической службы США , вполне вероятно, что значительный процент материала, продаваемого в виде цеолитов в некоторых странах, представляет собой измельченный или распиленный вулканический туф , который содержит лишь небольшое количество цеолитов. Эти материалы используются в строительстве, например, обмерный камень (в виде измененного вулканического туфа), легкий заполнитель , пуццолановый цемент и кондиционеры для почвы . [20]

Синтез

Синтетический цеолит

Сообщается о более чем 200 синтетических цеолитах. [21] Большинство цеолитов имеют алюмосиликатный каркас, но некоторые включают в себя германий, железо, галлий, бор, цинк, олово и титан. [22] Синтез цеолита включает золь-гель -подобные процессы. Свойства продукта зависят от состава реакционной смеси, pH системы, рабочей температуры , времени «затравки» перед реакцией, времени реакции, а также используемых шаблонов. В золь-гель-процессе можно легко включать другие элементы (металлы, оксиды металлов).

Приложения

Цеолиты широко используются в качестве катализаторов и сорбентов . [23] Их четко выраженная пористая структура и регулируемая кислотность делают их высокоактивными в самых разных реакциях. [24] [2] В химии цеолиты используются в качестве мембран для разделения молекул (через них могут проходить только молекулы определенных размеров и форм), а также в качестве ловушек для молекул, позволяющих их анализировать.

Продолжаются исследования и разработки многих биохимических и биомедицинских применений цеолитов, особенно встречающихся в природе видов гейландита , клиноптилолита и шабазита . [25]

Органический синтез

В синтетической химии предпочтительны гомогенные катализаторы из-за доступности, низкой стоимости и превосходной каталитической активности, поскольку все каталитические центры легко доступны. Однако эти гомогенные катализаторы имеют ряд недостатков, таких как невозможность повторного использования, необходимость в количестве, превышающем стехиометрическое, а также трудности в разделении и восстановлении. Некоторые другие недостатки его использования включают потенциальную опасность при обращении, токсичность, коррозионную природу и проблемы с утилизацией из-за кислых сточных вод. Кроме того, гидролиз и очистка полученного комплекса приводят к образованию агрессивных побочных продуктов. Продолжаются исследования альтернативных гетерогенных твердых катализаторов, которые будут стабильными, пригодными для повторного использования и экологически безопасными, а также позволят лучше перерабатывать продукты реакции. Было обнаружено, что среди этих различных твердых катализаторов цеолиты имеют преимущество благодаря своей избирательности формы, термической стабильности и возможности повторного использования.

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу и ацилирование с использованием цеолитов в качестве катализатора широко распространены в органическом синтезе. [2]

Ионообмен, очистка и умягчение воды

Цеолиты широко используются в качестве ионообменных слоев при очистке , смягчении и других применениях бытовой и коммерческой воды .

Свидетельства существования старейшей из известных цеолитовых систем фильтрации воды встречаются в нетронутых отложениях водохранилища Корриенталь в городе майя Тикаль на севере Гватемалы. [26]

Раньше полифосфаты использовали для смягчения жесткой воды. Полифосфаты образуют комплекс с ионами металлов, таких как Ca 2+ и Mg 2+ , связывая их так, чтобы они не мешали процессу очистки. Однако когда эта богатая фосфатами вода попадает в воду основного потока, это приводит к эвтрофикации водоемов, и, следовательно, использование полифосфатов было заменено использованием синтетического цеолита.

Крупнейшим разовым применением цеолита является мировой рынок стиральных порошков . Цеолиты используются в стиральных порошках в качестве смягчителей воды, удаляя ионы Ca 2+ и Mg 2+ , которые в противном случае выпадали бы в осадок из раствора. Ионы удерживаются цеолитами, которые выделяют ионы Na + в раствор, что позволяет стиральному порошку быть эффективным в районах с жесткой водой. [27]

Катализ

Синтетические цеолиты, как и другие мезопористые материалы (например, МСМ-41 ), широко используются в качестве катализаторов в нефтехимической промышленности , например, при флюид-каталитическом крекинге и гидрокрекинге . Цеолиты удерживают молекулы в небольших пространствах, что вызывает изменения их структуры и реакционной способности. Кислотные формы полученных цеолитов часто представляют собой мощные твердые кислоты в твердом состоянии , облегчающие множество кислотно-катализируемых реакций, таких как изомеризация , алкилирование и крекинг.

Каталитический крекинг использует реактор и регенератор. Сырье впрыскивается в горячий псевдоожиженный катализатор, где крупные молекулы газойля расщепляются на более мелкие молекулы бензина и олефины . Продукты паровой фазы отделяются от катализатора и перегоняются с получением различных продуктов. Катализатор циркулирует в регенераторе, где воздух используется для сжигания кокса с поверхности катализатора, который образовался как побочный продукт в процессе крекинга. Горячий регенерированный катализатор затем возвращается обратно в реактор для завершения цикла.

Цеолиты, содержащие наночастицы кобальта , находят применение в перерабатывающей промышленности в качестве катализатора расщепления полиэтилена и полипропилена , двух широко используемых пластиков, на пропан . [28]

Переработка ядерных отходов

Исследователь из Национальной лаборатории Сандии изучает флаконы с SOMS (октаэдрическими молекулярными ситами Сандии), цеолитом, который обладает потенциалом для очистки радиоактивных отходов и промышленных металлов.

Цеолиты используются в передовых методах ядерной переработки , где их микропористая способность захватывать одни ионы, позволяя другим проходить свободно, позволяет эффективно удалять многие продукты деления из отходов и надолго удерживать их в ловушке. Не менее важны минеральные свойства цеолитов. Их алюмосиликатная конструкция чрезвычайно прочна и устойчива к радиации даже в пористой форме. Кроме того, как только они будут загружены захваченными продуктами деления, комбинация цеолита и отходов может быть подвергнута горячему прессованию в чрезвычайно прочную керамическую форму, закрывая поры и удерживая отходы в твердом каменном блоке. Это форм-фактор отходов, который значительно снижает их опасность по сравнению с традиционными системами переработки. Цеолиты также используются при ликвидации утечек радиоактивных материалов. Например, после ядерной катастрофы на Фукусиме-137 мешки с песком цеолита были сброшены в морскую воду возле электростанции, чтобы адсорбировать радиоактивный цезий-137 , который присутствовал в больших количествах. [29]

Разделение и хранение газа

Цеолиты обладают потенциалом обеспечения точного и специфического разделения газов, включая удаление H 2 O, CO 2 и SO 2 из потоков низкосортного природного газа . Другие виды разделения включают благородные газы , N 2 , O 2 , фреон и формальдегид .

Бортовые системы генерации кислорода (ОБОГС) и концентраторы кислорода используют цеолиты в сочетании с адсорбцией при переменном давлении для удаления азота из сжатого воздуха для снабжения кислородом летных экипажей на больших высотах, а также в домашних и портативных источниках кислорода. [30]

Анимация адсорбции при переменном давлении, (1) и (2), показывающая попеременную адсорбцию и десорбцию.

Системы концентраторов кислорода на основе цеолита широко используются для производства кислорода медицинского назначения. Цеолит используется в качестве молекулярного сита для создания очищенного кислорода из воздуха, используя его способность улавливать примеси в процессе, включающем адсорбцию азота, в результате чего остается высокоочищенный кислород и до 5% аргона.

Немецкая группа Fraunhofer eV объявила, что разработала цеолитное вещество для использования в биогазовой промышленности для долговременного хранения энергии с плотностью, в четыре раза превышающей плотность воды. [31] [ необходим непервичный источник ] [32] [33] В конечном счете, цель состоит в том, чтобы хранить тепло как в промышленных установках, так и в небольших комбинированных теплоэлектростанциях, таких как те, которые используются в крупных жилых зданиях.

Debbie Meyer Green Bags , продукт для хранения и консервации продуктов, в качестве активного ингредиента использует форму цеолита. Мешки покрыты цеолитом для адсорбции этилена , который призван замедлить процесс созревания и продлить срок хранения продуктов, хранящихся в мешках.

Клиноптилолит также добавляли в корм для кур: поглощение воды и аммиака цеолитом делало птичий помет более сухим и менее пахучим, что облегчало обращение с ним. [34]

Цеолиты также используются в качестве молекулярных сит в вакуумных насосах криосорбционного типа . [35]

Хранение и использование солнечной энергии

Цеолиты могут использоваться для термохимического хранения солнечного тепла, полученного от солнечных тепловых коллекторов, как впервые продемонстрировал Гуэрра в 1978 году [36] , а также для адсорбционного охлаждения , как впервые продемонстрировал Чернев в 1974 году. [37] В этих применениях их высокая теплота адсорбции и используется способность гидратировать и обезвоживать при сохранении структурной стабильности. Это гигроскопическое свойство в сочетании с присущей ему экзотермической реакцией (высвобождением энергии) при переходе из обезвоженной формы в гидратированную форму делает природные цеолиты полезными для сбора отходящего тепла и солнечной тепловой энергии. [ нужен неосновной источник ]

Строительные материалы

Синтетические цеолиты используются в качестве добавки в процессе производства теплых асфальтобетонных смесей . Разработка этого приложения началась в Германии в 1990-х годах. Они помогают, снижая уровень температуры во время производства и укладки асфальтобетона, что приводит к снижению потребления ископаемого топлива и, следовательно, к выделению меньшего количества углекислого газа , аэрозолей и паров. Использование синтетических цеолитов в горячей асфальтобетонной смеси приводит к более легкому уплотнению и, в определенной степени, позволяет укладывать дорожное покрытие в холодную погоду и осуществлять дальние перевозки.

При добавлении в портландцемент в виде пуццолана они могут снизить проницаемость хлоридов и улучшить обрабатываемость. Они уменьшают вес и помогают снизить содержание воды, одновременно обеспечивая более медленное высыхание, что повышает прочность на разрыв. [38] При добавлении в известковые растворы и известково-метакаолиновые растворы гранулы синтетического цеолита могут действовать одновременно как пуццолановый материал и резервуар для воды. [39] [40]

Кошачьи отходы

Некомкующийся наполнитель для кошачьего туалета часто изготавливается из цеолита (или диатомита ), одна из форм которого, изобретенная в Массачусетском технологическом институте , может изолировать метан, вызывающий парниковый эффект, из атмосферы. [41]

Кровоостанавливающее средство

Оригинальная рецептура кровоостанавливающего средства марки QuikClot , используемого для остановки сильных кровотечений [42] , содержала цеолитовые гранулы. При контакте с кровью гранулы быстро поглощают воду из плазмы крови, создавая экзотермическую реакцию, вызывающую выделение тепла. Поглощение воды также приводит к концентрации факторов свертывания крови, присутствующих в крови, в результате чего процесс образования сгустков происходит намного быстрее, чем при нормальных обстоятельствах, как показано in vitro . [43]

В рецептуре QuikClot 2022 года используется нетканый материал, пропитанный каолином , неорганическим минералом, активирующим Фактор XII , который, в свою очередь, ускоряет естественное свертывание крови. [44] В отличие от исходного состава цеолита, каолин не проявляет термогенных свойств.

Обработка почвы

В сельском хозяйстве клиноптилолит (природный цеолит) используется для обработки почвы. Он обеспечивает источник медленно высвобождаемого калия . Если цеолит предварительно загружен аммонием , он может выполнять аналогичную функцию в медленном высвобождении азота .

Цеолиты также могут действовать как замедлители воды, при этом они поглощают до 55% своего веса воды и медленно выделяют ее по требованию растения. Это свойство может предотвратить корневую гниль и умеренные циклы засухи.

Аквариум

Зоомагазины продают цеолиты для использования в качестве фильтрующих добавок в аквариумах , [20] где их можно использовать для адсорбции аммиака и других азотистых соединений. Их следует использовать с некоторой осторожностью, особенно с нежными тропическими кораллами, чувствительными к химическому составу воды и температуре. Из-за высокого сродства некоторых цеолитов к кальцию они могут быть менее эффективны в жесткой воде и могут истощать кальций. Цеолитовая фильтрация также используется в некоторых морских аквариумах для поддержания низкой концентрации питательных веществ в интересах кораллов, адаптированных к воде, обедненной питательными веществами.

Где и как образовался цеолит, является важным фактором при использовании в аквариумах. В большей части Северного полушария природные цеолиты образовались, когда расплавленная лава вступала в контакт с морской водой, тем самым «загружая» цеолит жертвенными ионами Na (натрия). Этот механизм хорошо известен химикам как ионный обмен . Эти ионы натрия могут быть заменены другими ионами в растворе, таким образом происходит поглощение азота аммиаком с высвобождением натрия. Месторождение возле реки Беар на юге Айдахо представляет собой пресноводную разновидность (Na <0,05%). [45] Цеолиты южного полушария обычно образуются в пресной воде и имеют высокое содержание кальция. [46]

Минеральные породы

Комбинированный образец четырех видов цеолитов. Излучающие кристаллы натролита защищены карманом стильбита. Матрица вокруг кармана и над ним покрыта мелкими кристаллами ломонтита розового цвета. Гейландит также присутствует в виде кристаллического скопления на обратной стороне.

В структурную группу цеолитов ( классификация Никеля-Штрунца ) входят: [4] [16] [47] [48] [49]

Компьютерное исследование

Компьютерные расчеты предсказали, что возможны миллионы гипотетических цеолитных структур. Однако на данный момент обнаружено и синтезировано только 232 из этих структур, поэтому многие ученые-цеолитологи задаются вопросом, почему наблюдается только эта небольшая часть возможностей. Эту проблему часто называют «проблемой узкого места». [ нужна цитата ] В настоящее время несколько теорий пытаются объяснить причину этого вопроса.

  1. Исследования по синтезу цеолитов в основном сосредоточены на гидротермальных методах; однако новые цеолиты могут быть синтезированы альтернативными методами. Методы синтеза, которые начали получать распространение, включают микроволновую печь, постсинтетическую модификацию и пар.
  2. Геометрическое компьютерное моделирование показало, что обнаруженные цеолитовые каркасы обладают поведением, известным как «окно гибкости». Это показывает, что существует диапазон, в котором структура цеолита является «гибкой» и может сжиматься, но сохраняет каркасную структуру. Предполагается, что если каркас не обладает этим свойством, то его невозможно синтезировать.
  3. Поскольку цеолиты метастабильны, некоторые каркасы могут быть недоступны, поскольку зародышеобразование не может произойти, поскольку будут образовываться более стабильные и энергетически выгодные цеолиты. Постсинтетическая модификация использовалась для решения этой проблемы с помощью метода ADOR [50] , согласно которому каркасы можно разрезать на слои и снова соединить вместе, либо удаляя связи кремнезема, либо включая их.
  4. На основе модельных систем плотных кристаллов развита теория кристаллизации через предзародышевые кластеры растворенных веществ. [51] Исследование кристаллизации цеолита в гидратированных силикатных ионных жидкостях (HSIL) показало, что цеолиты могут образовывать зародыши посредством конденсации ионно-парных предзародышевых кластеров. [52] Это направление исследований выявило несколько связей между жидкой химией среды синтеза и важными свойствами кристаллов цеолита, такими как роль неорганических структурообразующих агентов в выборе каркаса цеолита, [53] роль ионного спаривания в цеолите. молекулярный состав и топология [54] и роль подвижности жидких катионов на размер и морфологию кристаллов цеолита. [55] Следовательно, существуют сложные отношения между свойствами сред для синтеза цеолита и кристаллизующимся цеолитом, что потенциально объясняет, почему только небольшая часть гипотетических цеолитных каркасов может быть синтезирована. Хотя эти отношения еще не полностью поняты, синтез цеолитов HSIL является исключительной модельной системой для науки о цеолитах, предоставляющей возможности для продвижения текущего понимания загадки цеолитов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Структура цеолита». GRACE.com . WR Grace & Co. 2006. Архивировано из оригинала 15 февраля 2009 года . Проверено 8 февраля 2019 г.
  2. ^ abc Наяк, Йогиша Н.; Наяк, Сварнагоури; Надаф, Ю.Ф.; Шетти, Нитинкумар С.; Гаонкар, Сантош Л. (2020). «Реакции Фриделя-Крафтса, катализируемые цеолитом: обзор». Письма по органической химии . 17 (7): 491–506. дои : 10.2174/1570178616666190807101012. S2CID  201222323.
  3. ^ Кронштедт AF (1756). «Природный цеолит и минералы». Svenska Vetenskaps Akademiens Handlingar Стокгольм . 17 :120.
  4. ^ abcde «База данных цеолитовых структур». iza-structure.org . Международная цеолитовая ассоциация. 2017 . Проверено 24 мая 2021 г.
  5. ^ «Минералы, отсортированные по новой классификации Дана» . webmineral.com . Проверено 8 февраля 2019 г.
  6. ^ "Новости Структурной комиссии". Структурная комиссия IZA . 2018 . Проверено 8 февраля 2018 г.
  7. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ «Обзор технологии формирования цеолита и решений для преодоления диффузионных ограничений» . Катализаторы (8): 163. 2018.
  9. ^ Патент США 4410501A, «Получение пористого кристаллического синтетического материала, состоящего из оксидов кремния и титана», выдан 21 декабря 1979 г. 
  10. ^ Патент США 2016243531A1, «Процессы получения цинкоалюмосиликатов с топологиями aei, cha и gme и полученных на их основе композиций», выдан 24 февраля 2015 г. 
  11. ^ Шамжий, Мария В.; Элиашова, Павла; Витварова, Дана; Опанасенко Максим В.; Ферт, Дэниел С.; Моррис, Рассел Э. (2016). «Постсинтетическая стабилизация германосиликатных цеолитов ITH, IWW и UTL путем замены Al на Ge». Химия: Европейский журнал . 22 (48): 17377–17386. doi : 10.1002/chem.201603434. hdl : 10023/11880 . ПМИД  27754569.
  12. ^ Патент США 5187132A, «Получение боросиликатных цеолитов», выдан 16 февраля 1993 г. 
  13. ^ «Включение галлия в цеолиты: синтез, свойства и каталитическое применение». хим. Преподобный (100): 2303–2405. 2000.
  14. ^ «Кристаллическая структура гидроксида тетрапропиламмония-фосфата алюминия номер 5» . АСУ Сим. Сер. (218): 109–118. 1983.
  15. ^ «Гидротермальный синтез и структурная характеристика цеолитоподобных структур на основе германатов галлия и алюминия». Варенье. хим. Соц. (120): 13389–13397. 1998.
  16. ^ аб Черних Р.В. (1992). Цеолиты мира . Геонаучная пресса. ISBN 9780945005070.
  17. ^ Дитрих Р.В. (2005). «Томсонит». ДжемРокс . Проверено 2 октября 2013 г.
  18. ^ Роллманн Л.Д., Валёксик Э.В., Шеннон Р.Д. (1995). «Цеолитовые молекулярные сита». В Murphy DW, Interrante LV (ред.). Неорганические синтезы: немолекулярные твердые вещества . Том. 30. Нью-Йорк: Уайли и сыновья. стр. 227–234. дои : 10.1002/9780470132616.ch43. ISBN 9780470132616.
  19. ^ «Цеолиты (природные)» (PDF) . Сводные данные USGS по минеральному сырью . 2011. Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2011 г. Проверено 8 февраля 2019 г.
  20. ^ аб Вирта Р.Л. (2011). «Ежегодник минералов за 2009 год — цеолиты» (PDF) . Геологическая служба США . Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2011 г. Проверено 8 февраля 2019 г.
  21. ^ Эрл DJ, Дим MW (2006). «К базе данных гипотетических цеолитовых структур». Индийский англ. хим. Рез. 45 (16): 5449–5454. дои : 10.1021/ie0510728. ISSN  0888-5885.
  22. ^ Шостак Р. (1998). Молекулярные сита - принципы синтеза и идентификации. Ван Ностранд Рейнхольд Серия по электротехнике, информатике и технике. Спрингер. ISBN 9780751404807.
  23. ^ П. Чаттерджи; Ю. Хан; Т. Кобаяши; К. Верма; М. Майс; Р. Бехера; Т. Джонсон; Т. Прозоров; Дж. Эванс; II Замедление; В. Хуан (2023). «Захват редкоземельных элементов синтетическим алюмосиликатом MCM-22: механистическое понимание захвата Yb (III)». Приложение ACS. Матер. Интерфейсы . 15 (46): 54192–54201. дои : 10.1021/acsami.3c14560. PMID  37934618. S2CID  265050410.
  24. ^ Бхатия С (1989). Цеолитовые катализаторы: принципы и применение. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 9780849356285.
  25. ^ Ауэрбах С.М., Каррадо К.А., Дутта ПК, ред. (2003). Справочник по цеолитной науке и технологии . Бока-Ратон: CRC Press. п. 16. ISBN 9780824740207.
  26. ^ Танкерсли, К.Б., Даннинг, Н.П., Карр, К. и др. Очистка воды цеолитом в Тикале, древнем городе майя в Гватемале. Sci Rep 10, 18021 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-75023-7
  27. ^ Химия3: введение в неорганическую, органическую и физическую химию. Эндрю Берроуз. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. 2009. с. 253. ИСБН 978-0-19-927789-6. ОСЛК  251213960.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  28. ^ «Новый процесс может обеспечить более эффективную переработку пластмасс» . Новости Массачусетского технологического института | Массачусетский Институт Технологий . 6 октября 2022 г. Проверено 22 апреля 2023 г.
  29. ^ Ассошиэйтед Пресс (16 апреля 2011 г.). «Уровень радиоактивных материалов повышается возле японского завода». Нью-Йорк Таймс . ISSN  0362-4331.
  30. ^ «Бортовая система генерации кислорода (ОБОГС)» . Honeywell.com . Honeywell International Inc. Архивировано из оригинала 10 сентября 2011 года . Проверено 9 февраля 2019 г.
  31. ^ «Компактное и гибкое хранилище тепла» . Новости исследований Фраунгофера . Фраунгофера-Гезельшафт. 1 июня 2012 г.
  32. ^ Пирсахеб, Мегдад; Хоссаини, Хива; Амини, Джила (2021). «Эксплуатационные параметры, влияющие на производство биогаза в цеолитно-анаэробном реакторе с перегородками для очистки фильтрата компоста». Журнал науки и техники о гигиене окружающей среды . 19 (2): 1743–1751. Бибкод : 2021JEHSE..19.1743P. дои : 10.1007/s40201-021-00729-3. ПМК 8617091 . ПМИД  34900303. 
  33. ^ Друзьянова, Варвара; Петрова, Софья; Хитерхеева Надежда; Бардамова Ирина; Гергенова, Татьяна (2020). Рудой, Д.; Игнатьева С. (ред.). «Применение цеолитов для очистки биогаза в сельскохозяйственном производстве». Сеть конференций E3S . 175 : 12012. Бибкод : 2020E3SWC.17512012D. doi : 10.1051/e3sconf/202017512012 .
  34. ^ Мэмптон ФА (1985). «Глава VIII. Использование цеолитов в сельском хозяйстве» (PDF) . В Эльфринге С (ред.). Инновационные биологические технологии для менее развитых стран . Вашингтон, округ Колумбия: Конгресс США, Управление оценки технологий. LCCN  85600550. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г.
  35. ^ Вентура Дж., Рисегари Л. (2007). Искусство криогеники: методы низкотемпературного эксперимента. Эльзевир. п. 17. ISBN 9780080444796.
  36. ^ Патент США. № 4,269,170, «Адсорбционная солнечная система отопления и хранения», поданная 27 апреля 1978 г., изобретатель: Джон М. Герра.
  37. ^ Патент США № 4034569, подан 4 ноября 1974 г., изобретатель: Димитер И. Чернев.
  38. ^ Дипаян Дж (2007). «Клиноптилолит – перспективный пуццолан в бетоне» (PDF) . Новый взгляд на старый пуццолан . 29-я конференция ICMA. Квебек, Канада: Construction Materials Consultants, Inc., стр. 168–206. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г. Проверено 7 октября 2013 г.
  39. ^ Андрейковичова С., Ферраз Э., Велоса А.Л. и др. (2012). «Воздушно-известковые растворы с добавлением сепиолита и гранул синтетического цеолита» (PDF) . Acta Geodynamica et Geomaterialia . 9 (1): 79–91. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г.
  40. ^ Ферраза Э., Андрейковичова С., Велоса А.Л. и др. (2014). «Синтетические цеолитовые гранулы, добавленные в воздушные известково-метакаолиновые растворы: механические свойства». Строительство и строительные материалы . 69 : 243–252. doi :10.1016/j.conbuildmat.2014.07.030.
  41. ↑ Декабрь, Райан (14 мая 2022 г.). «Кошачий наполнитель может стать противоядием от изменения климата, говорят исследователи». WSJ – через www.wsj.com.
  42. ^ Ри П., Браун С., Мартин М. и др. (2008). «Использование QuikClot при травмах для остановки кровотечения: серия из 103 задокументированных случаев использования». Журнал травматологии и неотложной хирургии . 64 (4): 1093–9. doi : 10.1097/TA.0b013e31812f6dbc. PMID  18404080. S2CID  24827908.
  43. ^ Ли, Цзин; Цао, Вэй; Лев, Сяо-син; и другие. (01.03.2013). «Кремостатик QuikClot на основе цеолита высвобождает кальций в кровь и способствует свертыванию крови in vitro». Акта Фармакологика Синика . 34 (3): 367–372. дои : 10.1038/aps.2012.159. ISSN  1671-4083. ПМК 4002488 . ПМИД  23334236. 
  44. ^ «QuikClot для военных | Гемостатическая повязка Министерства обороны США по выбору» . Телефлекс Инк. 2022 . Проверено 1 октября 2023 г.
  45. ^ Хунтинг З., Вэнс Г.Ф., Ганджегунте Г.К. и др. (2008). «Использование цеолитов для очистки вод попутной добычи природного газа в Вайоминге, США». Опреснение . 228 (1–3): 263–276. doi :10.1016/j.desal.2007.08.014.
  46. ^ Ван, Шаобинь; Пэн, Юэлян (9 октября 2009 г.). «Природные цеолиты как эффективные адсорбенты при очистке воды и сточных вод» (PDF) . Химико-технологический журнал . 156 (1): 11–24. doi :10.1016/j.cej.2009.10.029. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г. Проверено 13 июля 2019 г.
  47. ^ «База данных свойств полезных ископаемых». ИМА . Проверено 9 февраля 2019 г.
  48. ^ «Классификация Никеля-Штрунца - Первичные группы, 10-е изд.» Mindat.org . Проверено 10 февраля 2019 г.
  49. ^ First EL, Gounaris CE, Wei J и др. (2011). «Вычислительная характеристика пористых сетей цеолита: автоматизированный подход». Физ. хим. хим. Физ. 13 (38): 17339–17358. Бибкод : 2011PCCP...1317339F. дои : 10.1039/C1CP21731C. ПМИД  21881655.
  50. ^ Рот В.Дж., Нахтигалл П., Моррис Р.Э. и др. (2013). «Семейство цеолитов с контролируемым размером пор, полученных методом сверху вниз». Нат. хим. 5 (7): 628–633. Бибкод :2013НатЧ...5..628Р. дои : 10.1038/nchem.1662. hdl : 10023/4529 . ISSN  1755-4330. ПМИД  23787755.
  51. ^ Гебауэр, Денис; Келлермайер, Матиас; Гейл, Джулиан Д.; Бергстрем, Леннарт; Кёльфен, Хельмут (23 января 2014 г.). «Кластеры до зародышеобразования как предшественники растворенных веществ при кристаллизации». Обзоры химического общества . 43 (7): 2348–2371. дои : 10.1039/C3CS60451A . hdl : 20.500.11937/6133 . ПМИД  24457316.
  52. ^ Пелленс, Ник; Доппельхаммер, Николаус; Радхакришнан, Шамбху; Ассельман, Карел; Чандран, К. Винод; Ванденабиле, Дрис; Якоби, Бернхард; Мартенс, Йохан А.; Таулель, Фрэнсис; Райхель, Эрвин К.; Брейнарт, Эрик; Киршхок, Кристина Э.А. (2022). «Зарождение пористых кристаллов из ионно-парных преднуклеационных кластеров». Химия материалов . 34 (16): 7139–7149. doi : 10.1021/acs.chemmater.2c00418. ПМЦ 9404542 . ПМИД  36032557. 
  53. ^ Ассельман, Карел; Пелленс, Ник; Радхакришнан, Шамбху; Чандран, К. Винод; Мартенс, Йохан А.; Таулель, Фрэнсис; Верстрален, Мульт; Хелльстрем, Матти; Брейнарт, Эрик; Киршхок, Кристина Э.А. (4 августа 2021 г.). «Суперионы катионов натрия с гидратированными гидроксид-анионами: неорганические структурообразователи в синтезе цеолитов». Горизонты материалов . 8 (9): 2576–2583. дои : 10.1039/D1MH00733E. hdl : 1854/LU-8740859 . PMID  34870303. S2CID  238722345.
  54. ^ Ассельман, Карел; Пелленс, Ник; Тайс, Барбара; Доппельхаммер, Николаус; Хауас, Мохамед; Таулель, Фрэнсис; Мартенс, Йохан А.; Брейнарт, Эрик; Киршхок, Кристина Э.А. (2022). «Ионные пары в жидкостях алюмосиликатно-щелочного синтеза определяют содержание алюминия и топологию кристаллизующихся цеолитов». Химия материалов . 34 (16): 7150–7158. doi : 10.1021/acs.chemmater.2c00773. ПМЦ 9404546 . ПМИД  36032556. 
  55. ^ Пелленс, Ник; Доппельхаммер, Николаус; Тайс, Барбара; Якоби, Бернхард; Райхель, Эрвин К.; Таулель, Фрэнсис; Мартенс, Йохан А.; Брейнарт, Эрик; Киршхок, Кристина Э.А. (2022). «Модель кристаллизации цеолита, подтвержденная наблюдениями на месте». Фарадеевские дискуссии . 235 : 162–182. Бибкод : 2022FaDi..235..162P. дои : 10.1039/D1FD00093D. PMID  35660805. S2CID  245465624.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с цеолитом .
У Схолии есть тематический профиль Zeolite .
  1. ^ Брек Д.В. (1973). Цеолитовые молекулярные сита: строение, химия и применение. Уайли. ISBN 9780471099857.