Фожазит
| Фожазит | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория | Цеолит |
| Формула (повторяющаяся единица) | (Na 2 ,Ca,Mg) 3,5 [Al 7 Si 17 O 48 ]·32(H 2 O) [1] |
| Имеет символ IMA. | Фау [2] |
| Классификация Штрунца | 9.ГД.30 |
| Кристаллическая система | Кубический |
| Кристаллический класс | Шестиоктаэдрический (м 3 м) Символ H–M (4/м 3 2/м) |
| Космическая группа | Ф д 3 м |
| Элементарная ячейка | а = 24,638–24,65 Å , Z = 32 |
| Идентификация | |
| Цвет | Бесцветный, белый |
| Кристальная привычка | Кристаллы октаэдрической или реже тризооктаэдрической формы размером до 4 мм. |
| Твиннинг | по {111}, контактный и проходной двойники |
| Расщепление | {111}, идеально |
| Перелом | Неровный до раковистого |
| упорство | хрупкий |
| шкала Мооса твердость | 4.5-5 |
| Блеск | Стекловидное тело до адамантина |
| Полоса | Белый |
| прозрачность | Прозрачный |
| Удельный вес | 1.92–1.93 |
| Оптические свойства | изотропный |
| Показатель преломления | п = 1,466–1,480 |
| Плеохроизм | Никто |
| Ссылки | [3] [4] [5] |
Фожазит (цеолит типа FAU) представляет собой минеральную группу цеолитового семейства силикатных минералов . Группа состоит из фожазита-Na, фожазита-Mg и фожазита-Ca. Все они имеют одну и ту же базовую формулу (Na 2 ,Ca,Mg) 3,5 [Al 7 Si 17 O 48 ]·32(H 2 O) путем изменения количества натрия, магния и кальция. [1] Фожазит встречается как редкий минерал в нескольких местах по всему миру.
Фожазитовые материалы широко синтезируются в промышленности. Синтетический фожазит с относительно низким содержанием кремнезема (Si/Al<2) называется цеолитом X с высоким содержанием кремнезема (Si/Al>2) называется цеолитом Y. , а Кроме того, алюминиевый компонент в цеолите Y можно удалить кислотной обработкой и/или обработкой паром, и полученный фожазит называется USY (сверхстабильный цеолит Y). USY используется в процессе флюид-каталитического крекинга в качестве катализатора.
Открытие и возникновение
[ редактировать ]Фожазит был впервые описан в 1842 году в карьерах Лимберг, Засбах , Кайзерштуль , Баден-Вюртемберг , Германия . Модификатор натрия фожазит-Na был добавлен после открытия в 1990-х годах фаз, богатых магнием и кальцием. Он был назван в честь Бартелеми Фожа де Сен-Фонда (1741–1819), французского геолога и вулканолога. [4] [5]
Фожазит встречается в пузырьках в базальтовых и фонолитовых лавах и туфах как измененный или аутигенный минерал. Встречается с другими цеолитами, оливином , авгитом и нефелином . [3]
Структура
[ редактировать ]
присвоила каркасу фожазита код FAU . Международная ассоциация цеолитов [6] Он состоит из содалитовых ячеек, соединенных шестиугольными призмами . Пора, образованная 12-членным кольцом, имеет относительно большой диаметр — 7,4 Å. Внутренняя полость имеет диаметр 12 Å и окружена 10 клетками из содалита. Элементарная ячейка кубическая; Символ Пирсона cF576, симметрия F d 3 м, № 227 , [7] постоянная решетки 24,7 Å. Из двух типов (X и Y) цеолитов, кодированных FAU, цеолит Y, который имеет более высокий диапазон содержания кремнезема и оксида алюминия, имеет долю пустот 48% и соотношение Si/Al 2,43. [ нужна ссылка ] Термически разлагается при температуре 793 °C. [8]
Синтез
[ редактировать ]Фожазит синтезируется, как и другие цеолиты, из источников оксида алюминия, таких как алюминат натрия , и источников кремнезема, таких как силикат натрия . другие алюмосиликаты, такие как каолин Также используются . Ингредиенты растворяют в основной среде, такой как водный раствор гидроксида натрия , и кристаллизуют при температуре от 70 до 300 °C (обычно при 100 °C). После кристаллизации фожазит находится в натриевой форме и должен быть подвергнут ионному обмену с аммонием для улучшения стабильности. Ион аммония удаляется позже путем прокаливания , в результате чего цеолит переходит в кислотную форму. В зависимости от соотношения кремнезема и глинозема в каркасе синтетические фожазитные цеолиты подразделяются на цеолиты X и Y. В цеолитах X это соотношение составляет от 2 до 3, тогда как в цеолитах Y оно составляет 3 или выше. Отрицательные заряды каркаса уравновешиваются положительными зарядами катионов (обычно либо натрия из раствора NaOH, либо аммония, либо H + после обменов) на нерамочных позициях. Такие цеолиты обладают ионообменными, каталитическими и адсорбционными свойствами. Стабильность цеолита увеличивается с увеличением соотношения кремнезема и оксида алюминия в каркасе ( правило Ловенштейна ). На это также влияют тип и количество катионов, находящихся в некаркасных позициях. Для каталитического крекинга цеолит Y часто используется в обменной форме редкоземельных металлов и водорода. [9]
Используя термические, гидротермальные или химические методы, часть оксида алюминия можно удалить из каркаса цеолита Y, в результате чего получаются цеолиты Y с высоким содержанием кремнезема . Такие цеолиты используются в крекинга и гидрокрекинга катализаторах . В результате полного деалюминирования образуется фожазит-кремнезем. [9]
Использовать
[ редактировать ]Фожазит используется, прежде всего, в качестве катализатора при флюид-каталитическом крекинге для преобразования высококипящих фракций нефти в более ценные бензин, дизельное топливо и другие продукты. Цеолит Y заменил цеолит X в этом использовании, поскольку он более активен и более стабилен при высоких температурах из-за более высокого соотношения Si/Al. Он также используется на установках гидрокрекинга в качестве платино-палладиевого носителя для увеличения содержания ароматических веществ в продуктах нефтепереработки с измененным составом. [10]
Цеолит типа X можно использовать для избирательной адсорбции CO 2 из газовых потоков. [11] и используется при предварительной очистке воздуха для промышленного разделения воздуха.
Благодаря своей широко известной структуре, поведению и свойствам фожазит часто используется в качестве стандарта в исследованиях каталитической и (ад/де)сорбции цеолитов наряду с MFI, FER и CHA. [12] [13] [14] [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Группа Faujasite на Mindat
- ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 .
- ^ Jump up to: а б Фожазит . Справочник по минералогии.
- ^ Jump up to: а б Фожазит . Миндат.
- ^ Jump up to: а б Данные о минералах фожазита . Вебминерал.
- ^ «FAU: Тип каркаса» . asia.iza-structure.org . Проверено 1 мая 2020 г.
- ^ Хрильяц Дж.А.; Эдди ММ; Читам АК; Донохью Дж.А.; Рэй Дж.Дж. (1993). «Порошковая нейтронография и МАС-ЯМР 29Si исследования кремниевого цеолита-Y». Журнал химии твердого тела . 106 (1): 66–72. Бибкод : 1993JSSCh.106...66H . дои : 10.1006/jssc.1993.1265 .
- ^ «Страница химической технологии цеолита» . Архивировано из оригинала 15 сентября 2008 г. Проверено 3 августа 2008 г.
- ^ Jump up to: а б Шерцер, Юлиус (1989). «Цеолитовые катализаторы FCC, повышающие октановое число: научные и технические аспекты». Обзоры катализа . 31 (3): 215–354. дои : 10.1080/01614948909349934 .
- ^ Броуч, Роберт В.; Ян, Дэн Ян; Леш, Дэвид А.; Кулпратипанджа, Санти; Роланд, Экехарт; Кляйншмит, Питер (15 апреля 2012 г.). «Цеолиты» . Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a28_475.pub2 . ISBN 978-3-527-30385-4 .
- ^ A1 США US20020178914 A1 , Тимоти Голден, «Процесс снижения уровня углекислого газа в газовой смеси», опубликовано 5 декабря 2002 г.
- ^ Вербукенд, Д.; Наттенс, Н.; Локус, Р.; Алст, Дж. Ван; Верольм, П.; Гроен, Дж. К.; Перес-Рамирес, Дж.; Селс, БФ (13 июня 2016 г.). «Синтез, характеристика и каталитическая оценка иерархических фожазитовых цеолитов: основные этапы, проблемы и будущие направления» . Обзоры химического общества . 45 (12): 3331–3352. дои : 10.1039/C5CS00520E . hdl : 20.500.11850/125146 . ISSN 1460-4744 . ПМИД 26313001 .
- ^ «FER: Тип каркаса» . europe.iza-structure.org . Проверено 7 декабря 2023 г.
- ^ «CHA: Тип платформы» . europe.iza-structure.org . Проверено 7 декабря 2023 г.
- ^ «MFI: Тип структуры» . europe.iza-structure.org . Проверено 7 декабря 2023 г.
Литература
[ редактировать ]- Субхаш Бхатия, Цеолитовый катализ: принципы и применение, CRC Press, Inc., Бока-Ратон, Флорида, 1990.
- Рибейро, Франция, и др., изд., Цеолиты: наука и технология, издательство Martinus Nijhoff, Гаага, 1984.