Zeolitkatalysatorer

Zeolitkatalysatorer är katalytiska material som utgår från zeoliter, kristallina aluminosilikater med ett regelbundet mikroporöst nätverk. Ramverket består av tetraedrala enheter av aluminium och kisel som länkas genom syre till ett tre-dimensionellt nätverk. Aluminium i nätverket ger en negativ ramverksladdning som balanseras av extra kationer; när dessa kationer byts ut mot protoner uppstår Bronsted-syror som ofta fungerar som aktiva platser i katalytiska processer.

Zeoliter kännetecknas av mycket små, väl definierade porer, vanligtvis under två nanometer, vilket ger stor yta och ofta en stark shape-selectivity. Olika ramverksstrukturer ger olika kanal- och porestorlekar, exempelvis MFI (ZSM-5), FAU (Y-zeolit), och BEA (Beta). Vissa zeolitkatalysatorer kan modifieras till att ha hierarkisk porositet (mikro- plus mesoporer) för att förbättra diffusion av större molekyler.

Syntes och modifiering är vanliga steg. Zeoliter tillverkas ofta hydrotermalt, antingen som syntetiska eller ibland naturliga material som behandlas. De kan modifieras genom jonbyte för att byta bort natrium eller natrium-laddningar mot protoner, eller genom dealuminering/desilering för att justera surheten och stabiliteten. Metalliska pēcutbyten (t.ex. Cu, Fe, Pt) skapar ytterligare funktioner för redox- ellerhydrogenationsreaktioner.

Användningar omfattar stor del av petroleumraffinering och kemisk industri: katalytisk cracking och hydrocracking, isomerisering och alkylation, samt methanol-to-olefins och relaterade processer. Zeolitkatalysatorer används också i miljöteknik, till exempel för selektiv reduktion av NOx med ammoniak i vissa Cu- och Fe-exchange zeoliter. Begränsningar inkluderar diffusion av större molekyler, coke-uppbyggnad och känslighet för vatten samt behov av regeneration för att återställa aktivitet.

---