Praktikumsversuch: Zeolithe

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1 Praktikumsversuch: Zeolithe Darstellung von Zeolith A {[Na + ] 96 [216 H 2 O]}{[AlO 2 ] 96 [SiO 2 ] 96 }

2 Zeolithe Siedende Steine (griech.: Zeo = ich siede, lithos = Stein) Definition: Zeolithe sind kristalline, hydratisierte Alumosilicate, synthetisch oder natürlich vorkommend, mit Gerüststruktur, die Alkali- bzw. Erdalkalikationen enthalten.

3 Zeolithe Definition: Zeolith sind kristalline, hydratisierte Alumosilicate, synthetisch oder natürlich vorkommend, mit Gerüststruktur, die Alkali- bzw. Erdalkalikationen enthalten. Struktur und Nebenphasen durch Pulverdiffraktometrie ermittelbar

4 Zeolith - Alumosilicat Zeolith sind kristalline, hydratisierte Alumosilicate, synthetisch oder natürlich vorkommend, mit Gerüststruktur, die Alkali- bzw. Erdalkalikationen enthalten. Chemische Formel: {[M n+ ] x/n *[m H 2 O]} Hohlraum {[AlO 2 ] x [SiO 2 ] 1-x } Gerüst isomorphe Substitution von Silizium gegen Aluminium negativen Überschussladung (Si 4+ vs Al 3+ ) Kompensation mit positiven Gegenionen (M n+ ) Gegenionen + H 2 O befinden sich in Hohlräumen

5 Zeolithe Definition: Zeolith sind kristalline, hydratisiert Alumosilicate, synthetisch oder natürlich vorkommend, mit Gerüststruktur, die Alkali- bzw. Erdalkalikationen enthalten. ca. 40 natürliche Zeolite (Faujasit) ca. 100 synthetische Zeolithe (Zeolith A) meist nur synthetische Zeolithe finden industrielle Anwendung Faujasit

6 Zeolith - Struktur Zeolith sind kristalline, hydratisierte Alumosilicate, synthetisch oder natürlich vorkommend, mit Gerüststruktur, die Alkali- bzw. Erdalkalikationen enthalten. Gerüststruktur: Primäre Baueinheit: eckenverknüpfte Tetraeder Sekundäre Baueinheit: unterschiedliche Verknüpfungsmuster der Tetraeder Klassifizierung der Zeolithe nach ihren secondary building units = SBU Tertiäre Strukturen: Verknüpfung mehrerer SBUs

7 Zeolith - Struktur Tertiäre Baueinheit Zeolith (Linde) A Fenster 8-Ringe 4.1 Å Poren Faujasit Sodalith-Käfig oder β-käfig Fenster 12-Ringe 7.4 Å Poren

8 Zeolith - Struktur Klassifizierung der Poren nach Größe gemäß IUPAC Makroporen Mesoporen Mikroporen > 50 nm 2-50 nm < 2 nm 20nm 0.3 nm

9 Zeolithe - Darstellung Darstellung: Si-precursor: Siliziumalkoxide Al-precursor: Alkalialuminate Kondensation im basisch-wässrigem Medium Porengestaltung mit Templaten (organische Basen) Tempern

10 Zeolithe - Ionentausch Zeolithe als Ionentauscher Einflussfaktoren : Größe der Ionen und deren WW mit Gerüst (van-der-waals / Ionisch) Si/Al Verhältnis: Austauschkapazitäten: Zeolith A: 1/1 7 meq/g Zeolith L: 3/1 3,8 meq/g Selektivitäten: Hoher Aluminiumgehalt: Cs + < Li + < NH + 4 < K + < Na + Niedriger Aluminiumgehalt: Li + < Na + < K + < Rb + < Cs +

11 Zeolithe technische Anwendung Wasserenthärtung: Na-Zeolith A zeigt eine hohe Affinität zu Ca 2+ Austausch von Natrium gegen Calcium möglich Mg 2+ zeigt hingegen eine geringere Affinität

12 Zeolithe in der Katalyse Vorteile von Zeolith- Katalysatoren größenselektiv formselektiv heterogen regenerierbar Einschränkung mikroporöses Material

13 Zeolithe - industrielle Anwendung Selbstkühlendes Bierfass CoolKeg der Firma Zeo-TEC Kaltes Bier innerhalb min Funktionsprinzip

14 Zeolithe zum Versuch Angefressenes Becherglas verwenden Schutzbrillen tragen! Genaues Wiegen für Al/Si Verhältnis Aluminiumzugabe wirklich langsam gestalten!