SINTESIS SINTESIS HIDROTERMICA DE HIDROTERMICA DE

ZEOLITASZEOLITAS

PARTE IIIPARTE IIIALEJANDRA M. SANTAALEJANDRA M. SANTA

GRUPOGRUPO

CATALIZADORES Y CATALIZADORES Y ADSORBENTESADSORBENTES

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAUNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

CONTENIDOCONTENIDO

RESUMEN– OBSERVACIONES EXPERIMENTALES– MECANISMOS DE SÍNTESIS– PROCESO DE SÍNTESIS

NATURALEZA DE LAS ESPECIES EN CRECIMIENTO Y PAPEL DE LOS PROCESOS DE AGREGACIÓN

– MECANISMOS PROPUESTOS– AGENTES MINERALIZANTES

TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO– SÍNTESIS HIDROTÉRMICA EN AUSENCIA DE FASE LÍQUIDA

RESUMERESUMENN

OBSERVACIONES OBSERVACIONES EXPERIMENTALESEXPERIMENTALES

Inicialmente se mezclan los precursores Inicialmente se mezclan los precursores

amorfos de Al y Siamorfos de Al y Si

La mezcla se calienta en una autoclaveLa mezcla se calienta en una autoclave

Los productos cristalinos comienzan a Los productos cristalinos comienzan a

apareceraparecer

Se obtiene el producto finalSe obtiene el producto final

Los precursores óxidos contienen enlaces Si-O Los precursores óxidos contienen enlaces Si-O

y Al-Oy Al-O

La zeolita contiene enlaces Si-O-Al

No hay grandes cambios en H ni en G

La reacción es cinéticamente controlada

El producto final es meta estable

Existen condiciones de síntesis específicas

para cada estructura

OBSERVACIONES OBSERVACIONES EXPERIMENTALESEXPERIMENTALES

MECANISMOS DE SÍNTESISMECANISMOS DE SÍNTESIS

Primero se consideró como un proceso en solución

Luego se focalizó la atención en la fase sólida

Se observó que el crecimiento de los cristales ocurre por la catálisis del OH-

Se catalogó el gel amorfo como una entidad dinámica

Se dio real importancia a la solución Se concluyó que la cristalización ocurre en

la solución

PROCESO DE SÍNTESISPROCESO DE SÍNTESIS

Periodo de inducción

Nucleación

Crecimiento de los cristales

PERIODO DE INDUCCIÓN (PERIODO DE INDUCCIÓN ())

Tiempo entre el comienzo de la reacción y el punto en el cual el se observa el primer producto cristalino.

= tr + tn + ty

tr = tiempo que tarda el sistema en alcanzar el equilibrio en la distribución moleculartn = tiempo que tarda la formación del primer núcleo establety = tiempo que tardan los núcleos en tomar un tamaño detectable

NATURALEZA DE LOS NATURALEZA DE LOS MATERIALES AMORFOSMATERIALES AMORFOS

La fase amorfa primaria se forma cuando las

soluciones de los precursores se mezclan y

forman un gel en un medio catiónico básico,

generalmente

La fase amorfa secundaria se forma cuando la

mezcla se lleva a la Temperatura de reacción

NUCLEACIÓNNUCLEACIÓN

Formación de la fase amorfa primaria

Formación de la fase amorfa secundaria

Establecimiento de una estructura

suficientemente regular con distribución

estática de sitios ordenados

Crecimiento

CRECIMIENTO DE LOS CRECIMIENTO DE LOS CRISTALESCRISTALES

La velocidad de crecimiento de los cristales de zeolita es menor que la de los cristales iónicos o moleculares

Para que el mecanismo de crecimiento opere se requiere: Existan unidades monoméricas de silicato El proceso de ensamblaje esta

influenciada por el agente estructurante El sistema debe ser dinámico.

NATURALEZA DE NATURALEZA DE

LAS ESPECIES EN LAS ESPECIES EN

CRECIMIENTO Y EL CRECIMIENTO Y EL

PAPEL DE LOS PAPEL DE LOS

PROCESOS DE PROCESOS DE

AGREGACIÓNAGREGACIÓN

MECANISMOS PROPUESTOSMECANISMOS PROPUESTOS

Crecimiento de unidades soluble

s prefabricadas

Crecimiento de especies simples

Crecimiento por agregación

UNIDADES SOLUBLES UNIDADES SOLUBLES PREFABRICADASPREFABRICADAS

La estructura real de los aniones en solución difieren de las SBUs

No hay correspondencia entre lo aparición de aniones particulares y la naturaleza de una estructura particular

Se forman estructuras diferentes partiendo de soluciones similares

Se forman estructuras complejas con soluciones simples

Se pueden adicionar componentes para cambiar el curso de la síntesis pero no se altera la distribución de los aniones

ESPECIES SIMPLES

La hipótesis de construcción in-situ no requiere la presencia de un bloque de construcción especializado

Las especies en solución que no se usan directamente se consumen indirectamente en la restitución del equilibrio

La velocidad lineal de crecimiento de los cristales es directamente proporcional a la de abastecimiento de nutrientes

AGREGACIÓN DE PARTICULASAGREGACIÓN DE PARTICULAS

Partículas primarias subcoloidales (3-4 nm) se

agregan y aumentan de tamaño y densidad (6-7

nm).

Luego forman clusters hasta alcanzar 50 nm

Es poco probable

Las partículas no tienen la energía suficiente para

vencer la interfase a la T de cristalización

No ocurre como proceso independiente y único

El modelo más aceptado es el de crecimiento de especies simples

La identidad de las especies en crecimiento depende de la química de la solución y del agente mineralizante

En el comienzo de la síntesis las nano partículas pueden aglomerarse

El proceso de aglomerado de las partículas por si solo no puede producir cristales, se requiere el proceso de polimerización y de polimerización.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

AGENTES MINERALIZANTESAGENTES MINERALIZANTES

Debe solubilizar los materiales iniciales en

unidades móviles

Debe trasportar la reactividad química para

que las unidades móviles puedan reaccionar.

Debe permitir que la nueva estructura exista

como una fase sólida estable

Se usa generalmente fuentes de OH- o

también iones fluoruro (F-)

TRANSFORMACITRANSFORMACI

ONES EN ONES EN

ESTADO SÓLIDOESTADO SÓLIDO

SINTESIS HIDROTERMICA SINTESIS HIDROTERMICA EN AUSENCIA DE FASE EN AUSENCIA DE FASE LIQUIDALIQUIDA

Se reemplazan algunos reactivos de la

síntesis por una fase gaseosa

Un gel preparado con anterioridad y

secado se somete a Temperatura y

presión sobre un liquido en una autoclave

Se ha sintetizado ZSM5 de 5 a 7 días a

180-200ºC