й і магній. Кристалічна структура цеолітів утворена тетраедрами SiO 4 і АlO 4.
Якщо з цеоліту видалити воду, пори можуть бути заповнені знову водою або іншою речовиною, що і зумовлює їх використання в процесах осушки, і розділення речовин. Поглинання речовини відбувається в основному в адсорбційних порожнинах цеоліту. Однак не всі речовини можуть проникати в адсорбційні порожнини цеолітів і поглинатися в них. Це пояснюється тим, що адсорбційні порожнини з'єднуються один з одним входами - вікнами строго певного розміру. Проникнути через вікно можуть тільки ті молекули, критичний діаметр яких менше діаметра вхідного вікна . Під критичним діаметром розуміють діаметр за найменшою віссю молекули.
Цеоліт за своїм походженням можуть бути як природні так і синтетичні. Перші спроби отримати цеоліти синтетичним шляхом були зроблені більше 100 років тому. У 1862 р Сент-Клер Девіль в результаті нагрівання в запаяній скляній трубці суміші силікату і алюмінату калію при 200 ° С отримав синтетичний калієвий Філліпс. У близьких умовах, при нагріванні силікату калію і алюмінату натрію до 170 ° С був отриманий синтетичний шабазіт. Проведені пізніше численні досліди, що переслідували метою синтез аналогів природних цеолітів, проводилися в умовах високих температур (250-450 ° С) і тиску до 3 8 жовтня Па (3000 кгс/см 2).
Велика заслуга в справі розвитку проблеми синтезу цеолітів належить англійському фізико-хіміку професору Барреру. Їм в 1948 р було розпочато систематичні пошуки шляхів синтезу, які увінчалися великими досягненнями. У лабораторії Баррера був здійснений синтез багатьох цеолітів. Роботами Баррера і його співробітників були намічені шляхи синтезу в умовах знижених температур (100 ° С) при нормальному тиску.
Йдучи цим шляхом, Брек і інші дослідники американської компанії Лінде знайшли умови отримання основних цеолітів загального призначення типу NaA і NaX, широко використовуються в промисловості.
На малюнку 2 представлені структури цеолітів типу A і X. А на малюнку 5 будова їх адсорбційних областей.
Малюнок 5 - Синтетичні цеоліти типу A і X.
Цеоліт типу X мають у дегідратованого вигляді склад Na 2 O A1 2 O 3 xSiO 2. Мольне ставлення SiO 2: А1 2 O 3 може змінюватися від 2,2 до 3,3. Кожна велика порожнина має чотири входи, утворених 12-членів кисневими кільцями діаметром 8-9 ?. Внаслідок цього структура цеолітів такого типу більш відкрита і доступна для поглинаються молекул.
Обсяг велику адсорбційної порожнини цеоліту NaX лише незначно відрізняється від відповідної порожнини в цеоліті NaA і дорівнює 822? 3. Малі порожнини мають той же обсяг, т. Е. 150? 3. Комплекси великих і малих порожнин складають елементарні комірки. У кожній елементарній комірці цеоліту NaX міститься по 8 великих і 8 малих порожнин. Елементарна комірка містить 192 іона алюмінію і кремнію, а також 384 іона кисню; її обсяг дорівнює 7 776 А 3. Вона вміщує 256 молекул води. Малі порожнини цеолітів типу X доступні для молекул азоту та інших газів. Тому граничний адсорбційний об'єм кристалітів типу X, обчислений з адсорбційних вимірювань, близький до розрахованому на основі геометричних розмірів елементарних комірок, т. Е. 0,356 (NaX) або 0,362 (Сах) см 3/г. Цим пояснюється велика адсорбційна здатність цеолітів типу X в порівнянні з цеолітами типу А, що досягається при відносно високих ступенях заповнення.
У результаті дослідження стану катіонів Na і Са в гідратованому фожазіте встановлено, що з 43 катіонів, що припадають на елементарну комірку цього цеоліту, лише 17 знаходяться в локалізованому положенні. Решта катіони характеризуються великою мобільністю, постійно мігрують в порожнинах цеолітів, і така система може розглядатися як електроліт.
Малюнок 3 - Адсорбційні порожнини синтетичних цеолітів типу A і X.
Цеоліт це молекулярні сита, і вони можуть застосуються для розділення речовин не тільки на основі вибірковості адсорбції, але і на основі різниці в розмірах і формі поглинаються молекул. Для того щоб проникнути в адсорбційну порожнину критичний діаметр молекули адсорбата повинен бути менше розміру вхідного вікна.
В основу вітчизняної класифікації цеолітів покладено двухзначное позначення. На початку вказують катіон, що входить в грати цеоліту, а потім тип кристалічної решітки цеоліту. Зарубіжна класифікація передбачає зазначення визначального розміру цеоліту (діаметра вхідного вікна).
Таблиця 5 - Класифікація цеолітів
Класифікація РоссііKANaACaACaXNaXКлассіфікація США3A4A5A10X13XДіаметр вхідного вікна, нм0,30,40,50,80,9
. Цеоліт NaХ має досить широке вхідне вікно і ад...
