化学触媒には、さまざまな形、サイズ、形態があります。 それらは、化学反応を活性化するために必要なエネルギー閾値を下げるために使用され、それによって反応速度がしばしば桁違いに増加します。 工業的に合成された化学物質の推定 90% には、何らかの触媒作用が含まれています。
最も効率的で特定の触媒を見つけることは、化学プロセスの重要な部分であり、すぐに入手でき、さまざまな反応に合わせて調整できる触媒を持つことが理想的です。これは、材料のゼオライトファミリーが輝くところです.
ゼオライトは、類似の化学組成と物理化学的特性を持つ材料のクラスです。 それらは通常、シリカ、アルミナ、および水分子の両方の混合物であり、他の分子と簡単に交換できるゆるく結合した陽イオンを含んでいます。 これらの陽イオンは、ゼオライトの独自の微孔質構造と同様に、広く適用可能な触媒機能を備えています。
250 以上のゼオライト構造が知られており、そのうち 40 は天然のものです。 それぞれのユニークな構造は、国際ゼオライト協会構造委員会によって 3 文字の指定を受けています。
結晶は繰り返し格子構造を形成し、結晶学によって識別および測定することができます。 ゼオライトは細孔があるため広い表面積を誇り、ナトリウム、カルシウム、カリウム、マグネシウムなどのさまざまな陽イオンを吸着できます。 また、水素カチオンを吸着して固体酸として機能させることもできます。
最初のゼオライトが発見されたのは 18 世紀で、鉱物のスティルバイトが加熱されるとかなりの量の蒸気を放出することが判明しました。 これにより、材料の表面に水が吸着する可能性があることがわかりました。 さらなる研究により、多くの異なる構造構成と細孔サイズを持つ、ゼオライトのファミリー内の多くの鉱物が特定されました。
ゼオライトは安定性が高く、毒性がなく、再利用可能で、非常に豊富な天然素材から作ることができます。 人工ゼオライトは、アルミナとシリカを水酸化ナトリウムで加熱することで合成でき、追加のテンプレート化学物質を使用して、結晶が形成される際の構造をガイドします。
それぞれの異なるゼオライト タイプの細孔により、特定の繰り返し可能な位置で結合が切断され、目的の製品が最大化され、不要な誘導体が最小限に抑えられます。 これは、プラスチック廃棄物のリサイクルに特に役立ちます。ゼオライトの細孔は、はるかに大きなポリマーから特定のサイズの分子片を切り取ることができ、その後、新しいポリマーまたは新しい材料に完全に再利用できます。 同様の原理で、温室効果ガスであるメタンをメタノールに変換することに成功しています。
これらの魅力的な材料は、モレキュラーシーブとしても機能し、ゼオライト構造内の細孔に従って分子混合物をフィルタリングします。 このサイズ排除により、250 のゼオライト構造のどれが利用されるかに応じて、さまざまな分子のフィルタリングと吸着が可能になります。 人工ゼオライトは、結晶のサイズと形状を操作でき、鉱物に汚染物質が含まれる可能性が低いため、通常、これに適しています。
望ましい特性にもかかわらず、一部のゼオライトは工業規模での作業が困難な場合があります。 これに対抗するために、複合材料が考案され、材料の利点を最大化し、欠点を減らしました。 スウェーデンの科学者は、二酸化炭素を選択的に吸着して大気から除去するのに十分なゼオライト表面積を維持する、軽量のゼオライト発泡体複合材料を開発しました。 従来のゼオライト粉末とは対照的に、発泡フレームワークにより、より多くのガスを触媒と接触させることができます。
ゼオライトは、水晶がカルシウムやマグネシウムなどの硬水に一般的に見られるイオンを吸着して交換し、有害性の低い代替物に置き換えることができるため、水浄化の取り組みを支援するためにも使用されています.
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