35
ZEOLITI ZEOLITI Č Č UDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE UDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani Iva Ani ć ć 5289/BT 5289/BT 2008. 2008. Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije Ak. god. 2007./2008. Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.

ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

  • Upload
    duongtu

  • View
    231

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

ZEOLITIZEOLITIČČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODEUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE

Iva AniIva Anićć 5289/BT5289/BT2008.2008.Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije

Ak. god. 2007./2008.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.

Page 2: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

ŠŠto su zeoliti?to su zeoliti?

�� Zeoliti su prirodni ili sintetiZeoliti su prirodni ili sintetiččki hidratiziraniki hidratiziranimikroporozni aluminosilikati s otvorenom mikroporozni aluminosilikati s otvorenom trodimenzionalnom kristalnom strukturom,trodimenzionalnom kristalnom strukturom,sasaččinjeni od aluminijevih,silicijevih i kisikovih injeni od aluminijevih,silicijevih i kisikovih atoma u atoma u ččijim se porama nalaze molekule vode.ijim se porama nalaze molekule vode.

�� Zeoliti su prirodni vulkanski minerali.Nastaju Zeoliti su prirodni vulkanski minerali.Nastaju kondenzacijom plinova i para nakon vulkanskih erupcija i kondenzacijom plinova i para nakon vulkanskih erupcija i talotaložže se kao vulkanske nakupine i stijene. U velikim e se kao vulkanske nakupine i stijene. U velikim zalihama se nalaze u oceanima. zalihama se nalaze u oceanima.

Page 3: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Prvi prirodni zeolitni mineral stilbit Prvi prirodni zeolitni mineral stilbit otkrio je otkrio je ššvedski mineralog Freiherr vedski mineralog Freiherr Axel Fredrick CronstedtAxel Fredrick Cronstedt 1756. godine. 1756. godine. BuduBudućći da je mineral bubrio kada se i da je mineral bubrio kada se grijao u plamenu puhaljke, nazvao ga grijao u plamenu puhaljke, nazvao ga je zeolit, je zeolit, ššto dolazi od grto dolazi od grččkih rijekih riječči i zeozeo i i lithoslithos koje znakoje značče kipjeti i kamen. Prije e kipjeti i kamen. Prije otkriotkrićća golemih naslaga zeolitnih a golemih naslaga zeolitnih stijena u mnogim dijelovima svijeta u stijena u mnogim dijelovima svijeta u 1950.1950.--tim zeolite se smatralo obitim zeolite se smatralo običčnim nim mineralomineralošškim kuriozitetima.kim kuriozitetima.

�� Do sada je sintetizirano viDo sada je sintetizirano višše ode od 150 150 vrstavrsta zeolitazeolita, , aa 48 48 iihh se pojavljuje u se pojavljuje u prirodiprirodi. Iskopavaju se jednostavnim . Iskopavaju se jednostavnim tehnikama.tehnikama.

Page 4: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

ZaZaššto zeoliti?to zeoliti?Motivacija za koriMotivacija za korišštenje zeolita u tenje zeolita u

katalizama su prvenstveno profit i katalizama su prvenstveno profit i pridrpridržžavanje odredaba o zaavanje odredaba o zašštiti okolititi okolišša. Zeoliti a. Zeoliti

pomapomažžu u proizvodnji kemikalija priu u proizvodnji kemikalija pri niskim niskim reakcijskim temperaturama i nireakcijskim temperaturama i nižžim tlakovim sa im tlakovim sa smanjenim trosmanjenim trošškovima procesa. Koriste se zbog kovima procesa. Koriste se zbog selektivnosti reakcija pri selektivnosti reakcija pri ččemu se ostvaruju emu se ostvaruju uušštedetede kolikoliččina supstrata i reduciraju se otpadni tokovi.ina supstrata i reduciraju se otpadni tokovi.

Suvremena znanost se u zadnjih 30Suvremena znanost se u zadnjih 30--ak godina intenzivno bavi ak godina intenzivno bavi prouprouččavanjem zeolita i njegovih izuzetnih, a posebice ljekovitih avanjem zeolita i njegovih izuzetnih, a posebice ljekovitih svojstava, pa je u tom pravcu do sada odrsvojstava, pa je u tom pravcu do sada održžano 13 svjetskih ano 13 svjetskih znanstvenih kongresa o zeolitima.znanstvenih kongresa o zeolitima.

Page 5: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Osnovne strukturne znaOsnovne strukturne značčajke ajke zeolitazeolita

�� Malih pora (promjera 1Malih pora (promjera 1--20 20 ǺǺ) 1 Angstrem = 0.1 nm) 1 Angstrem = 0.1 nm

�� AlOAlO44--55 i SiOi SiO44

--44 tetraedri, slitetraedri, sliččne strukture mogu se dobiti iz AlPOne strukture mogu se dobiti iz AlPO44 i i drugih spojevadrugih spojeva

�� molekule povezane kisikovim atomimamolekule povezane kisikovim atomima

�� Klinoptilolit pojednostavljene formuleKlinoptilolit pojednostavljene formule(Na, K)(Na, K)66SiSi330Al0Al66OO7 27 2 ·· 24H24H22O O

najrasprostranjeniji je prirodni zeolit na svijetu. najrasprostranjeniji je prirodni zeolit na svijetu.

�� Nano Nano ččestice sadrestice sadržžane u jednom gramu mikroniziranog klinoptilolita ane u jednom gramu mikroniziranog klinoptilolita imaju ukupnu povrimaju ukupnu površšinu od 50.000 minu od 50.000 m22, a protkane su s 50 milijuna km , a protkane su s 50 milijuna km filterskih mikrokanala.filterskih mikrokanala.

Page 6: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Struktura zeolita sastoji se odStruktura zeolita sastoji se odtrodimenzionalne mretrodimenzionalne mrežže (SiOe (SiO44))--44 ii(AlO(AlO44) ) --55 tetraedara, spojenih kisikovimtetraedara, spojenih kisikovimatomima, pa je odnos O/(Al + Si) = 2.atomima, pa je odnos O/(Al + Si) = 2.

�� Radi neutralizacije negativnog Radi neutralizacije negativnog naboja u [AlOnaboja u [AlO44]]--55 tetraedru ugratetraedru ugrađuju đuju se u strukturnu rese u strukturnu reššetku hidratizirani etku hidratizirani alkalijski i zemnoalkalijski kationi alkalijski i zemnoalkalijski kationi ( Na( Na++, K, K++, Ca, Ca2+2+ i Mgi Mg2+ 2+ ) ulaze) ulazećći u i u ššupljine i kanale gdje pokazuju upljine i kanale gdje pokazuju veliku pokretljivost.veliku pokretljivost.

�� ŠŠupljine i kanali u prirodnim zeolitima sadrupljine i kanali u prirodnim zeolitima sadržže vodu, koja e vodu, koja ččini 10 ini 10 –– 25 %25 %njihove mase. Zeolitna voda monjihove mase. Zeolitna voda možže se ukloniti grijanjem zeolita na temp.e se ukloniti grijanjem zeolita na temp.od nekoliko stotina stupnjeva celzijusa od nekoliko stotina stupnjeva celzijusa 00C.C.

Page 7: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� MoguMogućće je nae je naččiniti zeolitni materijal u initi zeolitni materijal u šširokom rasponu irokom rasponu veliveliččina i oblika pora.ina i oblika pora.

�� Struktura zeolita se moStruktura zeolita se možže mijenjati prilagođeno e mijenjati prilagođeno svojstvima materijala.svojstvima materijala.

�� Mogu se regenerirati,termiMogu se regenerirati,termiččki su stabilni,ki su stabilni,

podesive kiselosti.podesive kiselosti.

�� Kiralni zeolitiKiralni zeoliti omoguomoguććuju enantiouju enantio--

selektivne sinteze i separacije selektivne sinteze i separacije ––

tetešško je dobiti ko je dobiti ččist kiralni zeolit.ist kiralni zeolit.

Page 8: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Kako omjer silikata i aluminija Kako omjer silikata i aluminija utjeutječče na hidrofobnoste na hidrofobnost

�� Zeoliti se mogu naZeoliti se mogu naččiniti u raznim omjerima silikata i initi u raznim omjerima silikata i aluminija.aluminija.

�� Zeoliti s visokim udjelom silikata su hidrofobni(ne vlaZeoliti s visokim udjelom silikata su hidrofobni(ne vlažže e se, vese, vežžu ugljikovodike iz smjesa). u ugljikovodike iz smjesa).

�� Zeoliti s niskim udjelom silikata su hidrofilni. Imaju Zeoliti s niskim udjelom silikata su hidrofilni. Imaju mnogo slobodnih kationa i veliki afinitet prema polarnim mnogo slobodnih kationa i veliki afinitet prema polarnim molekulama(vemolekulama(vežžu molekule u svoj sustav kako bi u molekule u svoj sustav kako bi povepoveććali koordinacijski broj).ali koordinacijski broj).

Page 9: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

ZaZaššto su nam zeoliti zanimljivi?to su nam zeoliti zanimljivi?

�� zbog svoje jedinstvene strukture oblika kristala zbog svoje jedinstvene strukture oblika kristala koji sadrkoji sadržže e ššupljine povezane kanalima,upljine povezane kanalima,

�� imaju pore molekulskih dimenzija imaju pore molekulskih dimenzija ššto pri to pri reakcijama uzrokuje selektivnost prema obliku ,reakcijama uzrokuje selektivnost prema obliku ,

�� šširok je raspon veliirok je raspon veliččina pora jer je krutina ujedno ina pora jer je krutina ujedno kristalikristaliččna,na,ššto daje bolju selektivnost od to daje bolju selektivnost od nekristalnih materijala.nekristalnih materijala.

Page 10: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Vrste zeolita: 3A, 4A, 5A itd.Vrste zeolita: 3A, 4A, 5A itd.

�� ŠŠto su 3A, 4A, 5A i 13X?to su 3A, 4A, 5A i 13X?

�� Broj oznaBroj označčava veliava veliččinu pora, slovo oznainu pora, slovo označčava ava oblik reoblik reššetke zeolita.etke zeolita.

Page 11: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Vrste zeolitaVrste zeolita

�� ALPOsALPOs--mikroporozni aluminofosfati mogu se sintetizirati pri mikroporozni aluminofosfati mogu se sintetizirati pri niskom pH,niskom pH,

--nemaju naboja unutar renemaju naboja unutar reššetki.etki.

�� SAPOsSAPOs--silikatni aluminofosfati imaju negativni naboj unutar silikatni aluminofosfati imaju negativni naboj unutar rereššetke.etke.

�� TitanosilikatiTitanosilikati--mogumogućće je nae je naččiniti tetraedralne i oktaedralne zeolitne initi tetraedralne i oktaedralne zeolitne strukture koje sadrstrukture koje sadržže titanij, a koje su jako korisne u e titanij, a koje su jako korisne u katalizi oksidacijskih reakcija u kojima se koristi peroksid katalizi oksidacijskih reakcija u kojima se koristi peroksid kao oksidans.kao oksidans.

Page 12: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Sinteza zeolita Sinteza zeolita

Zeolitni i aluminofosfatni mikroporozni materijali izrađuju seZeolitni i aluminofosfatni mikroporozni materijali izrađuju sehidrotermalno (pod odrhidrotermalno (pod određenim tlakom i temperaturomeđenim tlakom i temperaturom), te ), te uz dodatak potrebnih kemijskih spojeva.Reaktanti se uz dodatak potrebnih kemijskih spojeva.Reaktanti se zagrijavaju u vodi(100zagrijavaju u vodi(100--250 250 00C)C)

* * Za aluminosilikatne zeolite:Za aluminosilikatne zeolite:izvor silikataizvor silikata: Cabosil, Si(OEt): Cabosil, Si(OEt)4 4 silicijev tetraetoksidsilicijev tetraetoksidizvor aluminijaizvor aluminija: aluminij oksihidroksid Al(OEt): aluminij oksihidroksid Al(OEt)3 3 , aluminati, Al, aluminati, Al3+3+ solisolilulužžinaina(pH ~12): lu(pH ~12): lužžnati metalni hidroksid, kvaternarni amonijev nati metalni hidroksid, kvaternarni amonijev hidroksidhidroksidpredlopredložžakak : organski kation,hidrirani metalni ion: organski kation,hidrirani metalni ion

Modelni predloModelni predložžak:veliak:veliččina pora i oblik moina pora i oblik možže se odredit rastom e se odredit rastom zeolita na predlozeolita na predloššku.ku.

Page 13: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Tipični zeolitski produkti(obično su zeoliti polikristalični)

Page 14: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Karakterizacija zeolita Karakterizacija zeolita

�� VeVeććina ih ne raste u veliki jedinstveni ina ih ne raste u veliki jedinstveni kristal.kristal.

�� Podaci o strukturi dobivaju se :Podaci o strukturi dobivaju se :

--tehnikama usitnjavanja,tehnikama usitnjavanja,

--elektronskom mikroskopijom,elektronskom mikroskopijom,

--NMR spektroskopijom.NMR spektroskopijom.

Page 15: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� EM snimka kristaliEM snimka kristaliččne strukture zeolitane strukture zeolita

Page 16: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Koje su uporabe zeolita: Koje su uporabe zeolita:

�� Upotrebljavaju se kao Upotrebljavaju se kao kationski izmjenjivakationski izmjenjivaččii (za (za uklanjanje teuklanjanje tešških metala iz otpadnih voda, amonijaka iz kih metala iz otpadnih voda, amonijaka iz vode za pivode za pićće, radioaktivnih kationa iz otpadnih e, radioaktivnih kationa iz otpadnih radioaktivnih tekuradioaktivnih tekuććina).ina).

�� Katalizatori Katalizatori (za kreking nafte, odma(za kreking nafte, odmaššććivanje dizelskog ivanje dizelskog goriva, razne selektivne reakcije u organskoj kemiji, goriva, razne selektivne reakcije u organskoj kemiji, pretepretežžno kisele katalize).no kisele katalize).

�� Adsorbensi vlage i molekulska sitaAdsorbensi vlage i molekulska sita (koja slu(koja služže za e za izdvajanje istovrsnih molekula iz smjese razliizdvajanje istovrsnih molekula iz smjese različčitih).itih).

Page 17: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Primjene zeolitaPrimjene zeolita�� Ionska izmjena s NaIonska izmjena s Na--AA

Od svih zeolita najviOd svih zeolita najvišše se proizvodi zeolit A.e se proizvodi zeolit A.Zeolit A, zeolit X, zeolit P1 upotrebljavaju se umjesto Zeolit A, zeolit X, zeolit P1 upotrebljavaju se umjesto fosfata u sredstvima za pranje koja popularno zovemo fosfata u sredstvima za pranje koja popularno zovemo ekoloekološškim deterdkim deterdžžentima. Ona su vrlo znaentima. Ona su vrlo značčajna u ajna u danadanaššnje vrijeme velike ekolonje vrijeme velike ekološške brige jer nisu bioloke brige jer nisu biološški ki aktivna te punoaktivna te punomanje onemanje oneččiiššććuju uju okoliokolišš od polifosfataod polifosfatakoji s Ca i Mgkoji s Ca i Mgionima stvarajuionima stvarajunetopljive soli.netopljive soli.

Page 18: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� UoUoččeno je da zeolit habazit veeno je da zeolit habazit vežže na sebe He na sebe H33, H, H22, , CsCs22, H, H22S, IS, I22, i Br, i Br22. Kad se zagrije na ve. Kad se zagrije na većće e temperature,motemperature,možže e ččak i vezati pare Hg. ak i vezati pare Hg.

�� Zeoliti se koriste za proZeoliti se koriste za proččiiššććavanje vode od iona avanje vode od iona amonijaka jer je amonijak toksiamonijaka jer je amonijak toksiččan za ribe.an za ribe.

Page 19: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Zeoliti sa selektivnoZeoliti sa selektivnoššćću za cezij i stronciju za cezij i stroncij

•Koriste se za uklanjanje 137Cs and 90Sr iz radioaktivnih otpadnih tokova(zbrinjavanje otpada).•Čvršći su i otporniji nego organske ionsko-izmjenjivačke smole, jer nisu osjetljivi na radijaciju.Organske smole obično se rado rabe zbog većih kation-izmjenjivačkih sposobnosti, većih brzina reakcija i bolje kemijske otpornosti. Zeoliti, nasuprot tome, pokazuju veću kation-izmjenjivačku selektivnost, dobru otpornost na temperaturu i ionizacijsku radijaciju. Svojstva izmjene kationa minerala zeolita uočena su prije 100 godina.

•Upotrebljavaju se za eliminaciju radionukleotida Cs u jetri i bubrezima. (filteri za hemodijalizu za vezivanje amonijaka, pročišćivači kod trovanja teškim metalima: Pb, Cu i Ag, te kod trovanja fosfatnim spojevima. Zeolit klinoptilolit veže teške metale.

Page 20: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� SeparacijeSeparacije

�� razdvajanje plinova Orazdvajanje plinova O22/N/N22

�� pretvorba razgranatih ugljikovodipretvorba razgranatih ugljikovodiččnih lanaca u nih lanaca u

nerazgranate koristenerazgranate koristećći Cai Ca--A A

�� razdvajanje vode i organskih tvari razdvajanje vode i organskih tvari (izvanre(izvanreššetkasti slobodni kationi koordiniraju s etkasti slobodni kationi koordiniraju s vodom i uklanjaju je iz organske faze)vodom i uklanjaju je iz organske faze)

Page 21: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Razdvajanje smjese dvaju plinova ORazdvajanje smjese dvaju plinova O22 / N/ N22

NN22 se jase jačče apsorbira od Oe apsorbira od O22 u zeolitima s malim omjerom u zeolitima s malim omjerom Si/Al(hidrofilni,imaju slobodne katione).To je posljedica Si/Al(hidrofilni,imaju slobodne katione).To je posljedica kvadrupolnog momenta Nkvadrupolnog momenta N22 koji ulazi u interakcije sa koji ulazi u interakcije sa slobodnim nevezanim kationima.slobodnim nevezanim kationima.

Page 22: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� KatalizeKatalize

�� ččesto u kiselim katalizamaesto u kiselim katalizama

�� zeoliti za ionsku izmjenu u kojima su zeoliti za ionsku izmjenu u kojima su

slobodni kationi protonislobodni kationi protoni

�� oni u kojima kationi visokog naboja veoni u kojima kationi visokog naboja vežžu vodu i u vodu i otpuotpušštaju protonetaju protone

VeVeććinom se primjenjuju kisela svojstva zeolitainom se primjenjuju kisela svojstva zeolita..

Page 23: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� OdmaOdmaššććivanjeivanje

Nerazgranati ugljikovodici imaju visoke toNerazgranati ugljikovodici imaju visoke toččke taljenja i ke taljenja i ččine voskove ine voskove ššto je nepoto je nepožželjno u gorivima, mogu se eljno u gorivima, mogu se selektivno razbiti u prisutnosti razgranatih selektivno razbiti u prisutnosti razgranatih ugljikovodika koristeugljikovodika koristećći zeolit ZSMi zeolit ZSM--5.5.

Page 24: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Izomerizacija ksilena Izomerizacija ksilena

�� pp--ksilen koristi se za proizvodnju poliestera.ksilen koristi se za proizvodnju poliestera.

�� Ksileni se mogu preurediti uz ZSMKsileni se mogu preurediti uz ZSM--5, prima selektivno 5, prima selektivno na sebe pna sebe p--ksilen.ksilen.

�� Transalkilacija sa ksilenimaTransalkilacija sa ksilenima

Transalkilacija je neTransalkilacija je nežželjena nuseljena nus--reakcija tokom reakcija tokom izomerizacije ksilena.izomerizacije ksilena.

�� Transalkilacija toluenomTransalkilacija toluenom

Toluen se moToluen se možže prevesti u smjesu e prevesti u smjesu žželjenog peljenog p--ksilena i ksilena i benzena putem zeolita ZMSbenzena putem zeolita ZMS--5.5.

Page 25: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Dehidratacija alkoholaDehidratacija alkohola

�� Zeoliti mogu sluZeoliti mogu služžiti za dobivanje alkena,pri iti za dobivanje alkena,pri ččemu emu selektivnost reakcije ovisi o veliselektivnost reakcije ovisi o veliččini pora zeolita.ini pora zeolita.

�� Benzin se moBenzin se možže proizvesti dehidracijom metanola putem e proizvesti dehidracijom metanola putem ZSMZSM--5 (proces kojeg koristi tvrtka Mobile MTG New 5 (proces kojeg koristi tvrtka Mobile MTG New Zealand). ZSMZealand). ZSM--5 ima mo5 ima moćć pretvorbe metanola u pretvorbe metanola u visokovrijedni benzin,dehidratacijom alkohola.visokovrijedni benzin,dehidratacijom alkohola.

�� VeVeććina benzina dobiva se uporabomina benzina dobiva se uporabom

Faujasite tipa zeolita(druga najvaFaujasite tipa zeolita(druga najvažžnijanija

primjena zeolita).primjena zeolita).

Page 26: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� KrekiranjeKrekiranje--Fluid Catalytic Cracking Fluid Catalytic Cracking (FCC)(FCC)

FCC je najvaFCC je najvažžnija industrijska uporaba zeolita,pri nija industrijska uporaba zeolita,pri ččemu seemu se

koristi zeolit Y.Ugljikovodici visoke molekulske mase koristi zeolit Y.Ugljikovodici visoke molekulske mase

cijepaju se u lakcijepaju se u lakšše lance.e lance.

Page 27: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

��UV zaUV zašštitatita

�� Pokazalo se da prirodni zeoliti rasprPokazalo se da prirodni zeoliti rasprššuju UV zrauju UV zraččenje, enje, ččime se poveime se poveććava uava uččinkovitost zainkovitost zašštite pamutite pamuččnim nim materijalima.materijalima.

�� Stoga se danas proizvode poliesterske tkanine Stoga se danas proizvode poliesterske tkanine ččija je ija je povrpovrššina modificirana nanoina modificirana nanoššenjem nanoenjem nanoččestica estica tribomehanitribomehaniččki aktiviranog zeolita.ki aktiviranog zeolita.

Page 28: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

TribomehaniTribomehaniččka aktivacija zeolita klinoptilolitaka aktivacija zeolita klinoptilolita

TribomehaniTribomehaniččka aktivacija (Tka aktivacija (TMA)MA)

a) a) TMA uređajTMA uređaj;;

b) b) TMA uređaj prije unosa TMA uređaj prije unosa ččestica;estica;

c) c) TMA uređaj s TMA uređaj s ččesticama;esticama;

d) d) ččestice klinoptilolita pri unosu;estice klinoptilolita pri unosu;

e) sudar e) sudar ččestica pri kojem nastaju estica pri kojem nastaju mikro i nanomikro i nanoččestice;estice;

f) nanof) nanoččestice klinoptilolitaestice klinoptilolita

Page 29: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Medicinske primjene zeolita Medicinske primjene zeolita

�� Bit djelovanja se zasniva na selektivnom adsorpcijskom Bit djelovanja se zasniva na selektivnom adsorpcijskom kapacitetu, selektivnoj ionskoj izmjeni, regulaciji kapacitetu, selektivnoj ionskoj izmjeni, regulaciji acidobaznog sustava, macidobaznog sustava, međustanieđustaniččnog i unutarstaninog i unutarstaniččnog nog prostora prostora ššto rezultira poboljto rezultira poboljššanjem izmjene tvari na razini anjem izmjene tvari na razini stanice.stanice.

�� Medicinsku primjenu klinoptilolita svjedoMedicinsku primjenu klinoptilolita svjedočče registrirani lijekovi na bazi e registrirani lijekovi na bazi prirodnog klinoptilolita: Enterex, Zeomic,Megamin...prirodnog klinoptilolita: Enterex, Zeomic,Megamin...

�� Spojevi silicija preveniraju oSpojevi silicija preveniraju oššteteććenja beta stanica guenja beta stanica guššterateračče koje lue koje lučče e inzulin. inzulin.

�� 1997. godine znanstvenici su ustanovili da zeoliti adsorbiraju 1997. godine znanstvenici su ustanovili da zeoliti adsorbiraju glukozu, nakon glukozu, nakon ččega su uslijedila brojnaega su uslijedila brojnaistraistražživanja i njihova primjena kod bolestiivanja i njihova primjena kod bolestidijabetesa. Koriste se i kao adsorbensidijabetesa. Koriste se i kao adsorbensikod davanja inhalacijskih anestetika kod davanja inhalacijskih anestetika posredovanjem anestetskih aparata. posredovanjem anestetskih aparata.

Page 30: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

DostignuDostignućća u kemijskim procesimaa u kemijskim procesima

�� Uporabom zeolita smanjuje se ispuUporabom zeolita smanjuje se ispušštanje NOtanje NOxx

selektivnim katalitiselektivnim katalitiččkim redukcijama (SCR).kim redukcijama (SCR).

�� Izravna oksidacija benzena u fenol eliminira kumen kao Izravna oksidacija benzena u fenol eliminira kumen kao intermedijer i koristi duintermedijer i koristi duššikov oksid Nikov oksid N22O kao reaktant.O kao reaktant. NN22O je O je uobiuobiččajeni otpadni produkt pri proizvodnji adipinske kiseline.ajeni otpadni produkt pri proizvodnji adipinske kiseline.

Oksidacija benzena s NOksidacija benzena s N22O uz FeO uz Fe--ZSMZSM--5 katalizator :5 katalizator :NN22O+( )O+( )→→(O)+N(O)+N22

CC66HH66+(O)+(O)→→(C(C66HH55OH)OH)(C(C66HH55OH)OH)→→CC66HH55OH+( )OH+( )

�� 97 % selektivno nastaje fenol. 97 % selektivno nastaje fenol. �� Uvijek uz fenol nastaje i anilin u malim koliUvijek uz fenol nastaje i anilin u malim količčinama.inama.

Page 31: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Konverzija etilbenzena u stiren pri umjerenim temp. i Konverzija etilbenzena u stiren pri umjerenim temp. i tlakovima.Taktlakovima.Također je eliminirano nastajanje nusođer je eliminirano nastajanje nus--produkata, a samim time preskoprodukata, a samim time preskoččeno nekoliko eno nekoliko stupnjeva prostupnjeva proččiiššććavanja.avanja.

Page 32: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Oksidacijska sinteza kaprolaktama drastiOksidacijska sinteza kaprolaktama drastiččno smanjuje no smanjuje broj stupnjeva procesa proizvodnje,ujedno i otpadne broj stupnjeva procesa proizvodnje,ujedno i otpadne tokove.tokove.

�� Sposobnost za regeneraciju /recikliranje katalizatora Sposobnost za regeneraciju /recikliranje katalizatora procesa.Veprocesa.Veććina se katalizatora nakon uporabe ina se katalizatora nakon uporabe odbacuje, aliodbacuje, ali zasizasiććenje zeolita je proces koji se moenje zeolita je proces koji se možže e raditi uvijek iznova.Ironiraditi uvijek iznova.Ironiččno, zeoliti sami po sebi no, zeoliti sami po sebi pomapomažžu reducirati otpad!u reducirati otpad!

Page 33: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

�� Zeolit nalazi znaZeolit nalazi značčajnu primjenu u građevinarstvuajnu primjenu u građevinarstvu, , poljoprivredi, organskoj, prehrambenoj, tekstilnoj i poljoprivredi, organskoj, prehrambenoj, tekstilnoj i drugim industrijama, veterini,... drugim industrijama, veterini,...

�� Koriste se kao filtri u akvarijima, punila u filtrima za Koriste se kao filtri u akvarijima, punila u filtrima za proproččiiššććavanje vode za piavanje vode za pićće, u obradi otpadnih voda koje e, u obradi otpadnih voda koje sadrsadržže tee tešške metale i amonijak, sorpciju plinova, ke metale i amonijak, sorpciju plinova, uklanjanje neugodnih mirisa,te kao katalizatori.uklanjanje neugodnih mirisa,te kao katalizatori.

Zeoliti imaju vrlo vaZeoliti imaju vrlo važžno mjesto u znanstvenim no mjesto u znanstvenim istraistražživanjima i pronalaivanjima i pronalažženju novih moguenju novih moguććnostinostinjihove primjene. njihove primjene.

Ostale primjene zeolitaOstale primjene zeolita

Page 34: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Trendovi u proizvodnji zeolitaTrendovi u proizvodnji zeolita

�� Prije otprilike 25 godina u svijetu se godiPrije otprilike 25 godina u svijetu se godiššnje proizvodilo nje proizvodilo oko 300 000 t prirodnih zeolita. oko 300 000 t prirodnih zeolita.

�� Godine 1997. proizvelo se oko 3 600 000 t i to uglavnom Godine 1997. proizvelo se oko 3 600 000 t i to uglavnom klinoptilolita i habazita, od klinoptilolita i habazita, od ččega 2/3 u Kini. ega 2/3 u Kini.

PotraPotražžnja za prirodnim zeolitima kaonja za prirodnim zeolitima kaoi njihova primjena u posljednjem sei njihova primjena u posljednjem sedesetljedesetljećću vrlo brzo u vrlo brzo šširi. Priri. Predviđa seedviđa sepovepoveććanje proizvodnje od 10 % anje proizvodnje od 10 % godigodiššnje.nje.Ovisno o kvaliteti i Ovisno o kvaliteti i ččistoistoćći cijena prirodnih zeolita krei cijena prirodnih zeolita krećće see se

između između 50 i 300 USD po toni.50 i 300 USD po toni.

Page 35: ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE - pbf.unizg.hr · PDF fileZEOLITI ČUDO KOJE DOLAZI IZ PRIRODE Iva Ani ć5289/BT Modul: Odabrana poglavlja zelene kemije 2008. Ak. god. 2007./2008. Koordinator

Izvori:Izvori:

�� http://web.chemistry.gatech.edu/~wilkinson/Class_notehttp://web.chemistry.gatech.edu/~wilkinson/Class_notes/CHEM_3111_6170/Introduction_to_zeolites.pdfs/CHEM_3111_6170/Introduction_to_zeolites.pdf

�� http://www.geominhttp://www.geomin--megamin.com/kateg.asp?kateg=1megamin.com/kateg.asp?kateg=1

�� http://www.cheresources.com/zeolitezz.shtmlhttp://www.cheresources.com/zeolitezz.shtml

�� http://knjiznica.irb.hr/hrv/kui/vol53/broj10/449.pdfhttp://knjiznica.irb.hr/hrv/kui/vol53/broj10/449.pdf