Области применения цеолитов.

Ввиду особых свойств, таких, как способность к обратимой адсорбции, наличие пор с входными отверстиями строго определенных размеров, большая величина внутренней поверхности, молекулярные сита можно использовать в трех направлениях:

• разделение веществ в зависимости от размеров молекул;

• разделение веществ в зависимости от полярности молекул;

• разделение веществ с помощью ионнообменного механизма.

Три приведенные методики дают нам пять возможных областей применения:

1. сушка газа или жидкости;

2. очистка газа или жидкости;

3. разделение смесей углеводородов различного строения;

4. осушка воздуха;

5. умягчение водных потоков от катионов тяжелых металлов и поглощение радионуклидов в атомной энергетике.

Во многих случаях возможно применение цеолитов вместо других адсорбентов типа активированного угля, селикагеля и алюмогеля.

Свойства цеолитов и возможности их использования исследовались во многих областях науки: неорганической, органической, физической и коллоидной химии, биохимии, минералогии, геологии, химии поверхности, океанографии, кристаллографии, катализе и во всех отраслях химической технологии.

Среди разнообразных примеров использования цеолитов достаточно назвать:

• выделение и очистку нормальных парафиновых углеводородов,

• каталитические реакции углеводородов,

• сушку хладагентов,

• разделение компонентов воздуха,

• получение носителей для катализаторов, процессов вулканизации пластмасс и резины,

• извлечение радиоактивных изотопов из жидких отходов атомной промышленности,

• выделение двуокиси углерода и сернистых соединений из природного газа,

• получение вакуума с использованием цеолитных ловушек,

• отбор проб воздуха на больших высотах,

• выделение ферментов,

• разделение изотопов водорода,

• удаление примесей загрязняющих атмосферу, таких как двуокись серы.

Катализаторы крекинга на основе кристаллических цеолитов были впервые использованы в 1962 году, а в настоящее время на этих катализаторах работает около 95% установок крекинга. Внедрение цеолитных катализаторов позволило сократить капиталовложения на сумму несколько сот миллионов долларов в год.

Молекулярные сита - что это такое?

Молекулярные сита - это пористые неорганические твердые тела, состоящие из множества пористых кубических цеолитных кристаллов микронных размеров.

Цеолитные кристаллы и являются действующим началом молекулярных сит. Термин «Цеолит» описывает семейство кристаллических алюмосиликатов щелочных или щелочноземельных металлов [( Na, K....),( Ca, Md, Sr, Ba...)].

Широкое использование молекулярных сит обусловлено их необычными свойствами:

• способностью цеолитов обратимо сорбировать водяной пар или различные вещества в газообразном состоянии,

• катионы цеолитов легко обмениваются на любой другой положительный ион.

• сеть полостей и узкие диффузионные пути (поры) приводят к образованию развитой внутренней поверхности большой величины. Внутренняя поверхность цеолитов составляет от 10.000 до 100.000 значений величины внешней поверхности.

Эти свойства цеолитов используют в процессах сушки и селекционного разделения.

Наиболее распространенные типы синтетических цеолитов - это типы А; Х ; Y.

Тип А.

Базовый материал - алюмосиликат натрия с диаметром пор 4 А⁰ (т.е. 4 нм

или 4^. 10 ^-8см ), что соответствует цеолиту с коммерческим названием 4А (NaA ).

Данную структуру можно представить следующей химической формулой:

Na₁₂[( AlO₂ )₁₂ ^. (SiO₂)₁₂], ^x H₂O.

Замещение катионов натрия на Са приводит к увеличению диаметра отверстий до 5А⁰; этот цеолит имеет коммерческое название 5А (СаА).

Аналогично, цеолитам с входным отверстием 3А⁰ соответствует коммерческое название 3А (КА); их получают замещением натрия калием.

Тип Х (фожазит).

Данная кристаллическая структура построена иным образом с получением более широких входных отверстий. Как и для типа А, исходной структурой является натриевая форма с входным отверстием порядка 10А⁰.

Эту структуру можно представить нижеследующей химической формулой:

Na₈₆[(AlO₂)₈₆ ^. (SiO₂)₁₀₆], x H₂O

Она соответствует молекулярным ситам 13Х ( NaX).

Тип Y.

Имеет ту же кристаллическую структуру, что и тип Х, но иной химический состав. Тип Y применяют преимущественно в области катализа ( каталитический крекинг).