زئولیت ها تعیین کریستالیته با استفاده از XRD صبا آنالیز

زئولیت ها

زئولیت‌ها بلورهای آلومینوسیلیکاتی هستند که به دلیل داشتن خاصیت کاتالیستی، تعویض یونی و غربال مولکولی کاربرد گسترده‌ای در صنایع شیمیایی دارند. در سال‌های اخیر سنتز زئولیت با اندازه‌ی بلوری کوچکتر به دلیل بهبود خواص اشاره شده، اهمیت زیادی پیدا کرده است.

کلمه زئولیت(zeolite) مشتق از دو کلمه یونانی است که با هم به معنای سنگ جوشان می باشد (ریشه یونایی "زین " به معنای جوشیدن و "لیتوس" به معنای سنگ است )و این نام مبتنی بر این واقعیت است که در هنگام حرارت دادن زئولیت ، مقدار زیادی آب، به صورت بخار خارج می شود. زئولیت ها جامدات بلورین با منافذ ریزند، پیوند مولکولهای آب در شبکه این کانی ها ضعیف است و در اثر دما بدون آنکه ساختمان شبکه فرو ریزد، آب خود را از دست می دهند و این عمل به صورت برگشت پذیر انجام می شود. زئولیت ها به صورت شبکه کریستالی شامل اکسیژن و آلومینیوم یا سیلیس هستند که به صورت ساختمانی سه بعدی درآمده اند.

زئوليت‌ها در اصل مواد آلومينوسيليکاتي هستند که با فرمول کلي زير مشخص مي‌ گردند:

[(M+, M2+0.5) AlO2] x. [SiO2] y. [H2O] z

M+ کاتيون‌هاي فلز قليايي

M+2 کاتيون‌هاي قليايي خاکي

زئولیت ها متشکل از عناصر گروه اول و دوم مانند سدیم، کلسیم، تاسیم، منیزیم و... و از لحاظ ساختاری مانند پلیمرهای غیر آلی، کریستالی و بسیار پیچیده هستند.

دو پارامتر سینتیکی که اندازه ی ذرات و زمان تبلور را تحت تأثیر قرار می ‌دهد، نرخ هسته‌زایی و نرخ رشد بلور می‌باشند.

افزایش نرخ هسته‌زایی موجب کاهش اندازه‌ی ذرات و افزایش نرخ تبلور می‌شود؛ اما افزایش نرخ رشد بلور موجب افزایش اندازه‌ی ذرات و افزایش نرخ تبلور می‌شود.

ابعاد و کانال های هر زئولیت از مشخصه هایی میباشد که باعث ایجاد پدیده جذب گزینشی آن ها خواهد شد. فراوان ترین انواع زئولیت های سنتزی شاملZMS-5، Y، X و A میباشد و از زئولیت های طبیعی میتوان موردنیت ،شابازیت ، آنالیسم ،فاجالیست و ... را نام برد.

مهمترین کاربرد زئولیت ها

ü     صنايع شوينده به عنوان سازنده جهت جايگزيني فسفات ها

ü     جداسازي اكسيژن ونيتروژن هوا

ü     صنايع دارويي و پتروشيمي به عنوان كاتاليزور

ü     صنايع كاغذ سازي به عنوان پركننده

ü     صنايع آتش نشاني

ü      صنايع سراميك

ü     صنايع هسته اي به عنوان جاذب فلزات سنگين و راديوايزو توپهاي كاربرد پيدا كرده اند.

دسته بندی ساختاری زئولیت ها

بر اساس یک دسته بندی ابتدایی زئولیت ها به چهار گروه تقسیم میشوند:

زنولیت با سیلیس کم، متوسط، بالا و غربال مولکولی سیلیس.

با افزایش نسبت Si به Al در شبکه زئولیت، خواص آن ها نیز تغییر میکند و پایداری گرمایی با افزایش سیلیس تغییر خواهد کرد. خاصیت اسیدی این مواد با افزایش نسبت سیلیس به آلومینیوم در شبکه تقویت میگردد در واقع غلظت کاتیون و ظرفیت تبادلی یونی براساس نسبت Al  کاهش میابد.

ساختار زئولیت با سلیس کم در اکثر موارد از حلقه های تتراهدرال چهارتایی، شش تایی، هشت تایی تشکیل شده است. زئولیت با سیلیس کم دارای Al اشباع شده است و دارای بالاترین میزان غلظت کاتیون که از خود خواص جذبی بهینه ای را نشان می دهد.

زئولیت های غربال مولکولی معمولا در دمای کمتر از 200 درجه سانتگراد بصورت هیدروترمال سنتز می شوند. در فرایند سنتز، ابتدا هسته زایی فاز کریستالی رخ میدهد و بعد از آن کریستال رشد خواهد کرد، در این فرایند متغییرهایی مانند اجزای واکنش دهنده، مواد شروع کننده، میزان آب، سرعت هم زدن و دما تاثیر گذار است و می تواند روی فاز کریستالی تشکیل شده، خواص فاز، توزیع، اندازه محصول و زمان سنتز اثر بگذارد.

در ابتدا یک ژل غیر بلوری و بصورت آمورف تشکیل می شود. سپس محلول واسط به سطح کریستال در حال رشد نفوذ می کند. رشد کریستال ها مجموعه ای از فرایندهایی است که در آن، یک اتم یا مولکول به سطح یک کریستال متصل شده و باعث افزایش اندازه آن میشود.

 

زئولیت های ZMS-5

گروهی از آلومینا سیلیکات ها هستند که ساختاری براساس چهارچوب تتراهدرال TO4 تشکیل می دهند (T غالبا Si و Al) و پلیمرهای کریستالی معدنی به حساب می آیند. سنتز زئولیت ها در توسعه و بکارگیری کاتالیست های مهم در صنعت نقش مهمی دارند. از جمله می توان ساخت کاتالیست های فیشر تروپیش در تبدیل  گاز طبیعی به سوخت مایع اشاره کرد. کاربردهایی در کاهش NOو اکسیداسیون فتوکاتالیتیکی ترکیبات آلی دارد. این نوع زئولیت همچنین به طور تجاری برای حذف مواد آلی فرار از پساب یا هوا مورد استفاده قرار میگیرد.

زئولیت نوع A

زئولیت A  دارای دو نوع حفره است. 1- حفره‌های کوچک (واقع در فضاهای آلفا و قابل دسترس فقط برای مولکول‌های کوچک آب) و 2- حفره‌های بزگ (واقع در فضاهای بتا و قابل دسترس برای گازهایی مثل آرگون، اکسیژن و ازت). این زئولیت ساختاری سه بعدی داشته و نسبت SI/Alآن 1 است. این زئولیت با تغییر فرم کاتیونی اش خواص مختلفی پیدا می کند. این زئولیت یک molecular sieve خوب با ساختارهای متفاوت برای جذب و خالص سازی مواد مختلف است. مهمترین کاربرد زئولیت A در صنایع شیمایی به عنوان جایگزین فسفر در پودر شوینده است. کاربردهای دیگر آن خالص سازی اکسیژن، خالص سازی اتانول، کراکینگ پارافین و غیره است. کاربردهای فراوان دیگری نیز در صنایع مختلف برای این زئولیت وجود دارد.

پراش پرتو ایکس

با توجه به موثر بودن اندازه ذرات و میزان بلورینگی و کریستالیته با خواص زئولیت ها، با بررسی زئولیت ها توسط دستگاه پراش پرتو ایکس، می توان میزان بلورینگی و فاز را با توجه به پیک های شاخص برسی کرد.

 

زئولیت نوع a

زئولیت نوع A

 

 

قديمي‌ترين گزارش زئوليت‌ها از سنگ‌هاي رسوبي در سال 1876 توسط «لو» منتشر شده است

           قديمي‌ترين گزارش زئوليت‌ها از سنگ‌هاي رسوبي در سال 1876 توسط «لو» منتشر شده است

 

کانی زئولیت

کانی زئولیت

 

نمونه ای از آنالیز زئولیت با دستگاه XRD

نمونه ای از آنالیز زئولیت با دستگاه XRD