18. Synteza struktur zeolitowych: hydrotermalna, z użyciem surfaktantów.

Synteza hydrotermalna dzieli się na 2 etapy:

• I etap - otrzymanie żelu na drodze kopolimeryzacji źródeł Si i Al

• II etap ­- obróbka hydrotermalna pod ciśnieniem (25-175ºC)

Dodatkowy czynnik w syntezie hydrotermalnej oprócz działania środowiska alkalicznego stanowi temperatura i ciśnienie. Jako składnik aktywacyjny stosowany jest zazwyczaj NaOH (można też KOH lub Na₂O). Szkliwo glinokrzemianowe, stanowiące amorficzny prekursor krystalicznej struktury zeolitu zawiera wiązania typu Si-O i Al-O. Wprowadzenie do środowiska reakcji NaOH powoduje rozpuszczanie szkliwa, formowanie hydrożelu glinokrzemianowego, następnie nukleację i wzrost kryształów zeolitu. Produktem syntezy jest materiał o wiązaniach typu Si-O-Al. W dalszych etapach produkt jest filtrowany, płukany i suszony.

Synteza z użyciem surfaktantów – surfaktanty wpływają na typ struktury zeolitów, podczas syntezy zeolitów wymuszają dany rodzaj porowatości, typ porów i kanałów (structure directing agents / templates); następnie są usuwane poprzez kalcynację.

+ katalizator heterogeniczny

+ izomeryzacja węglowodorów

Np. ZSM-5, Zeolite Secony Mobil–5

19. Sposoby modyfikacji zeolitów: aktywacja kwasowa i zasadowa, adsorpcja

surfaktantów.

Aktywacja kwasowa lub zasadowa powoduje odblokowanie niedostępnych porów, protonację (kwas), dealuminację struktury.

Aktywacja kwasowa zachodzi w wyniku częściowego rozpuszczenia zeolitów. Proces ten charakteryzuje się wstępnym zastąpieniem kationów międzywarstwowych przez protony, a następnie rozpuszczeniem warstw i desorpcją kationów międzywarstwowych.

Aktywacja zasadowa

Wprowadzenie surfaktantów na powierzchnie zeolitu powoduje zmianę charakteru powierzchni.

Surfaktanty to związki powierzchniowo czynne składające się z dwóch części: dodatnio naładowanej części hydrofilowej („głowy”) i części hydrofobowej („ogona”).

Powierzchnia zeolitów charakteryzuje się stałym ładunkiem ujemnym. Zastosowanie surfaktantów powoduje zmiany ładunku elektrycznego na dodatni, co doprowadza do zwiększenia hydrofobowości oraz organofilności powierzchni zeolitu. Odbywa się to na drodze wymiany kationów nieorganicznych na powierzchni zeolitu (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) na jony organiczne. Rozmiar organicznej molekuły surfaktantu jest większy niż średnica porów zeolitów, więc nie ma możliwości jego wniknięcia do wnętrza struktury, obserwowane jest tylko oddziaływanie powierzchniowe.

W zależności od ilości wprowadzonego surfaktantu może on tworzyć na powierzchni zeolitu struktury jedno i wielowarstwowe. W przypadku wprowadzenia ilości surfaktantu mniejszej, niż zewnętrzna pojemność kationowymienną (ECEC), kationy organiczne zaadsorbowane dodatnio naładowanymi głowami na powierzchni minerału tworzą warstwę monomeryczną. W miarę dotowania surfaktantu widać zagęszczenie struktury. Powstawanie drugiej, przeciwnie usytuowanej warstwy jest wynikiem dążenia kationów organicznych do tworzenia micel. Po przekroczeniu wartości ECEC do pierwszej monowarstwy zostaje przyłączona druga na zasadzie oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy łańcuchami węglowodorowymi.