Zeolitas

ZEOLITAS

Por:Maurin Salamanca GuzmánJuliana Velásquez Ochoa

CONTENIDO

Introducción Composición y estructura Síntesis Caracterización Usos Bibliografía

INTRODUCCION

La palabra zeolita proviene de lasraíces griegas “zeo” y “ lithos”.Su definición actual busca incluirtodos los minerales cristalinos quese caracterizan por poseerestructuras formadas por tetraedrosenlazados, cada uno de los cualescontiene cuatro átomos de oxigenoy un catión el cual puede ser Al, Si,P, Be, Zn, Mg, Co, B, etc.

Zeolita faujasita Xobservada en elmicroscopio electrónico debarrido.

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA

La formula general para la composición deuna zeolita es:

Las unidades primarias de construcción delas zeolitas son tetraedros de [SiO4]4- y[AlO4]5- unidos formando puentes de oxigenono lineales.

OmHSiOAlOM yxnx 222/ )()(

UNIDADES SECUNDARIAS DECONSTRUCCIÓN

CLASIFICACIÓN DE BRECK (1974):Se basa en el tipo de unidad estructural secundaria.Se dividen en siete grupos:

(1) .......... Anillos 4 simples Ej. analcima(2) .......... Anillos 6 simples Ej. erionita(3) .......... Anillos 4 dobles Ej. zeolitas sintéticas(4) .......... Anillos 6 dobles Ej. chabazita(5) .......... Unidades complejas 4-1 [T5O10] Ej. natrolita(6) .......... Unidades complejas 5-1 [T8O16] Ej. mordenita(7) .......... Unidades complejas 4-4-1 [T10O20] Ej. Eulandita

S4r S6r D4r D6r 4-1 5-1 4-4-1

EJEMPLOS D6r

PerBUs containingD6Rs

POLIEDROS MAYORES

Estructura de una zeolitafaujasita.

(b) representaciónsimplificada delcuboctaedro (a), en elque aparecen losátomos de oxígeno (o) ylos de aluminio o silicio(•).

Estos cuboctaedrosunidos forman a lazeolita faujasita (c).

POROS Y CANALES

La característica principal de la zeolita es su estructura que tienecavidades o poros que se unen para formar un sistema de canalesa través de dicha estructura, un factor que determina las moléculasque pueden entrar en estos canales es el tamaño de la ventana oabertura del poro, que a su vez depende del número de tetraedrosformando esta ventana.

Erionita, A3 < θ < 58Poro pequeño

ZSM-5, ZSM-115 < θ < 610Poro mediano

Y, β , Ω6 < θ < 912Poro grande

MCM-9, VPI-59 < θ18Poro extragrande

EjemplosDiámetro de poro ( Å )Átomos de O que formanla abertura

Zeolita






Zeolita






Zeolita

SINTESIS DE ZEOLITAS

Las zeolitas sintéticas se obtienenmediante procesos hidrotérmicos.En general se obtienen desoluciones de silicatos yaluminatos [Al(OH)4

-], a un pH alto,la mezcla forma un gel.El gel es calentado en recipientescerrados bajo condicioneshidrotérmicas, dando lugar a lacristalización.

FACTORES QUE INFLUYEN ENLA ZEOLITIZACIÓN

Componentes Función Fuentes

SiO2 Unidades de construcciónprimaria del armazón.

Sílica, sílica coloidal,Alkóxidos de silicio

AlO2- Origen de la carga del

armazón.Gibosita, aluminato desodio, Óxido de aluminio

OH- Mineralizador, moléculaHuésped.

F-, es un segundo agenteMineralizador.

Catiónalcalino,agenteestructurante

Contraión de la carga delarmazón, molécula huésped.

Cationes de Na, K, Ca, Mg,Sr, Ba, iones amonio

Agua Solvente, molécula huésped

1. R E A C T I V O S :

Una fuente determinadaP u e d e f a v o r e c e r l aC r i s t a l i z a c i ó n d e l a sZ E O L I T A S .

FACTORES QUE INFLUYEN ENLA ZEOLITIZACIÓN

2. Composición molar:Las cantidades relativas deSi, Al, metales alcalinos yagentes estructurantes sonuno de los factores clave enla cristalización. Dichacomposición puede variar lautilidad de la zeolita endeterminada aplicación.

3. Alcalinidad:El pH alcalino de la síntesises importante ya que losaniones OH- cumplen unpapel crucial como agentesmineralizantes, y tambiénpor que el pH influye en larelación de Si/Al delproducto cristalino.

FACTORES QUE INFLUYEN ENLA ZEOLITIZACIÓN 4. Periodo de añejamiento :

Es el tiempo en el cual, lagel ya preparada, semantiene a unatemperatura menor que lade cristalización. Esteperiodo de “maduración” escrucial para obtener elproducto deseado.

5. Agentes estructurantes:Son aquellos quecontribuyen a la formacióndel retículo de la zeolita.Influye en los procesos denucleación y/o gelación;Las unidades sonorganizadas dentro deuna geometría particularalrededor del agenteestructurante.

TECNICAS DE CARACTERIZACIÓN

Difracción de Rayos X: COMPARACIÓN DEL PATRÓN YDIEMENSIONES DE LA CELDA

Microscopía Electrónica de Transmisión ode Barrido: FORMA DE LOS CRISTALES, HOMOGENEIDAD.

Análisis Térmico: ESTABILIDAD TERMICA Y CARÁCTERHIDROFÍLICO

Espectroscopías IR y UV-visible: GRUPOSFUNCIONALES CARÁCTERÍSTICOS Y COORDINACIÓN DEL CATIÓN.

MAS-NMR: AMBIENTE DEL ÁTOMO CENTRAL

Técnicas de adsorción-desorción: CARÁCTERÁCIDO

MAS-RMN 29Si

Ambientes locales posibles de un átomo de silicio y susdesplazamientos químicos típicos.

MAS-RMN 29Si de la zeolita analcita (ANA)


Difractograma de la una zeolitaNaGa-Y TGA of (a) K-L, (b) Co exchanged L zeolite (CoK-

HL), (c) Cobalt modified L zeolite (K-CoL).


IR spectra of chemisorbed pyridine on H(Ga,La)Y.

Ammonia sorption isotherms for HY (LZY-82)and H(Ga,La)Y crystals.

UV–VIS spectrum ofas-synthesized CoULM-5.

USOS

→ Agentes deshidratantes→ Zeolitas como intercambiadores iónicos→ Zeolitas como adsorbentes→ Zeolitas como catalizadores

AGENTES DESHIDRATANTES

Las zeolitasdeshidratadas sonmuy buenos agentessecantes,adsorbiendo aguapara volver a sucondición original.

Mordenita (MOR)

ZEOLITAS COMOINTERCAMBIADORES IÓNICOS

Los cationes decompensación deuna zeolita puedenser intercambiadospor otros que seencuentren en unasolución circundante.

Localización de los sitios I, II y III en lared de una zeolita faujasita.

ZEOLITAS COMO ADSORBENTES

Las zeolitas deshidratas poseen estructuras deporos abiertos, y superficies internas que soncapaces de adsorber gran cantidad desustancias.

Zeolita A

ZEOLITAS COMOCATALIZADORES

Las zeolitas son usadas en catálisis debido aque muestran propiedades importantes queno se encuentran en las catalizadoresamorfos tradicionales.

El hecho de que las zeolitas son mallasmoleculares permite controlar que tipo demoléculas tienen acceso a los sitios activos.Esto da lugar a los catalizadores selectivos aforma

CATALIZADORES SELECTIVOS AFORMA

Hay tres tipos de catalizadores selectivos de forma:→ Catálisis selectiva al reactivo→ Catálisis selectiva al producto→ Catálisis selectiva al estado de transición

BIBLIOGRAFIA

Kevan, L. Microporous Materials: Zeolites, Clays, andAluminophosphates. Págs: 755 - 764

Dyer, A. Zeolites. Encyclopedia of Materials: Scienceand Technology. Págs: 1- 5

Rojas, J. Sánchez, M. Torres, D. Síntesis de ZeolitaY y su aplicación en una reacción de oxidación. U. deA. Medellín. 1991

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/55/htm/zeolita.htm 03/04/05

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