Factorii care influenteaza sinteza zeolitilor

Factorii care influenteaza sinteza zeolitilor

Factorii care influenteaza primordial cristalizarea unui zeolit sunt compozitia amestecului de reactie, temperatura si timpul la care se adauga factorii ajutatori.

Factorii care influenteaza sinteza zeolitilor din hidrogeluri.

1. Compozitia amestecului de reactie:

1.1. raportul molar SiO₂/Al₂O₃ sau Si /Al (SAR)

1.2. [OH]; OH/SiO₂

1.3. cationii:

a. anorganici: Na₂O/SiO₂; K₂O/SiO₂

b. organici: R₂O/SiO₂

1.4. anioni (altii decat OH)

1.5. alte specii neionice:

a. gaze dizolvate

b. compusi organici

1.6. H₂O; H₂O/SiO₂

2. Timpul de cristalizare

3. Temperatura de lucru:

a. ambientala: 25 - 60 ^oC

b. joasa: 90 - 120 ^oC

c. moderata:120 - 180 ^oC

d. inalta:250 ^oC si mai sus

4. Factori ajutatori:

a. maturarea hidrogelului

b. agitarea amestecului de reactie

c. natura amestecului (solutie, solutie coloidala, gel)

d. ordinea de adaugare a reactantilor

Compozitia amestecului de reactie se exprima  in moli si in rapoarte molare si are in vedere forma initiala sub care se introduc elementele T formatoare ale retelei zeolitice.

a. sursa de silice

- solutie apoasa tehnica de silicat de sodiu (~ 9,0% Na₂O si 29% SiO₂);

- silice coloidala stabilizata (colloidal silicasol) cu 30 sau 40% SiO₂

- silice amorfa de ardere (fumed silica) (Cab-O-Sil, Aerosil)

- silice de precipitare (Hi-Sil, Ultrasil, Romsil)

- tetrametil si tetraetilortosilicat (TMOS, TEOS) (lichide usor hidrolizabile)

Rolul silicei este de constructor al retelei zeolitice.

b. sursa de alumina

- aluminat de sodiu -cu raportul Na/Al = 1,0-1,2;

- sulfat de aluminiu: Al₂(SO₄)₃. 18 H₂O ( 48,6% apa);

- azotat de aluminiu: Al(NO₃)₃. 9 H₂O (43 % apa);

- fosfat de aluminiu: Al PO₄.2H₂O;

- alumina böhmit, AlOOH;

- alumina pseudo hidratata ,Al(OH)₃.

Rolul aluminei este acela de constructor al retelei zeolitice si furnizor de sarcina negativa a retelei.

c. surse pentru alte elemente T ale retelei : compusi cu B, Fe, Cr, Ga, Ti, V.

Pentru fiecare compozitie utilizata, cristalizarea se urmareste in timp (pentru o temperatura data) si se exprima sub forma curbei de cristalizare: variatia cantitatii de zeolit cristalizat (%) vs timp de cristalizare. O curba de cristalizare care prezinta un timp relativ scurt pentru perioada de nucleiere, o viteza mare a cristalizarii in perioada de cristalizare si un grad de cristalinitate maxim (100 %) corespunde amestecului cu compozitie optima.

Prin modificarea compozitiei amestecului initial se poate stabili domeniul sau campul de cristalizare al structurii zeolitice cercetate.

Prepararea amestecului are in vedere omogenizarea sistemului prin agitare mecanica, formarea sistemului sub forma de solutie, gel amorf sau sol amorf, ordinea de adaugare a reactantilor, insamantarea sistemului cu cristale ale zeolitului ce urmeaza a fi obtinut (pentru cresterea vitezei de cristalizare), perioada de incubare (imbatranire) a sistemului la temperatura camerei sau alta temperatura cu sau fara agitare inainte de a fi supus cristalizarii.

Parametrii chimici ai sintezei:

II.1.1. Raportul molar SiO₂/Al₂O₃ din amestecul initial

Este un parametru chimic principal al sintezei si variaza de la ~ 2,0 pentru zeolitul LTA la ∞ pentru silicalit -1 sau  silicalit-2. Raportul SiO₂/Al₂O₃ din amestecul initial influenteaza raportul SiO₂/Al₂O₃ din zeolitul obtinut. Zeolitii cu raport Si /Al ridicat prezinta mare stabilitate termica si hidrotermica, o aciditate controlata a retelei precum si o hidrofobicitate tot mai accentuata. Compozitia retelei controleaza sarcina retelei si influenteaza stabilitatea structurii. Sarcina retelei determina campul electrostatic care modifica puternic interactiunea dintre zeolit si moleculele adsorbite. Cu cresterea raportului SiO₂/Al₂O₃ in zeoliti are loc:

cresterea rezistentei la substantele acide;

cresterea stabilitatii termice;

cresterea hidrofobicitatii;

scaderea afinitatii suprafetei pentru moleculele polare;

scaderea continutului de cationi si deci scaderea capacitatii de schimb ionic.