ZSM-5

ZSM-5, zeolita tamiz poroso molecular(o zeolita Socony Mobil) - 5 (estructura tipo MFI - estructura mordenita invertido) es un aluminosilicato zeolita mineral perteneciente al pentasil de la familia de las zeolitas. Su fórmula química es Na _n Al _n Si _96-n O ₁₉₂ · 16H ₂ O (0 <n <27). Patentado por Mobil Oil Company en 1975, es ampliamente utilizado en la industria del petróleo como catalizador heterogéneo de reacciones de isomerización [[hidrocarburos].

Estructura

ZSM-5 se compone de varias unidades pentasil unidos entre sí por puentes de oxígeno para formar cadenas pentasil. Una unidad se compone de ocho pentasil anillos de cinco miembros. En estos anillos, los vértices son Al o Si y una O se supone que es en régimen de servidumbre entre los vértices. Las cadenas pentasil están interconectadas por puentes de oxígeno para formar láminas corrugadas con agujeros de 10 anillos. Al igual que las unidades pentasil, cada agujero 10-anillo tiene Al o Si como vértices con una junta asume que en condiciones de servidumbre entre cada vértice. Cada lámina corrugada está conectada por puentes de oxígeno para formar una estructura con "recta de 10 canales de anillo que corre paralela a las ondulaciones sinusoidales y canales de 10-anillo perpendicular a las hojas".^[1] capas adyacentes de las láminas están relacionados por un punto de inversión. El tamaño de poro estimada en el canal que va paralela a las ondulaciones es 5.4-5.6 Å.^[2]

ZSM-5 catalizador se sintetizó por primera vez por Argauer y Landolt en 1972^[3] Es una zeolita de poro medio de canales definidos por diez eslabones. La síntesis consiste en tres soluciones diferentes. La primera solución es la fuente de iones de aluminio, los iones de sodio e hidróxido, en presencia de exceso de base, la alúmina se forma soluble de Al (OH) ₄ ^- iones. La segunda solución tiene el catión tetrapropilamonio que actúa como un agente plantilla. La tercera solución es la fuente de la sílice, uno de los elementos básicos de la estructura del marco de una zeolita. Mezcla de las tres soluciones produce tetrapropilamonio sobresaturada ZSM-5, que se puede calentar a recristalizar y producir un sólido.

Antecedentes de la invención

Pentasil-zeolitas se definen por su tipo de estructura, y más concretamente por su XRD. ZSM-5 es el nombre comercial de un pentasil-zeolita.

Ya en 1967, Argauer y Landolt^[4] elaborado los parámetros para la síntesis de pentasilzeolites, en particular las relativas a las relaciones molares siguientes: OH ^- / SiO ₂ = 0.07-10, SiO ₂ / Al _{2 </ sub> O 3 = 500 a 100, H < sub> 2} O / SiO ₂ = 1 a 240. Sin embargo, el procedimiento Argauer y Landolt logró sintetizar en una fase bastante pura zeolita ZSM-5 sólo si las aminas orgánicas con una función de la estructura que da (es decir, la función de plantilla), como los compuestos tetrapropyleneammonium fueron utilizados. Publicaciones posteriores han revelado los métodos de realización de la síntesis de zeolitas pentasil-sin necesidad de las plantillas orgánicas muy caros, tóxicos y fácilmente inflamables amina. Publicaciones posteriores han revelado todavía otros sustitutos de estas aminas. Además de su costo, toxicidad e inflamabilidad, aminas son desfavorecidos porque están sujetos a la descomposición térmica que puede destruir la estructura de la zeolita. Otras publicaciones han dado a conocer las modificaciones del proceso de Argauer y Landolt dirigidas a mejorar la reactividad del sistema SiO ₂ y Al ₂ O ₃ materiales de partida.

Síntesis

ZSM-5 es una zeolita sintética, estrechamente relacionada con la ZSM-11. Hay muchas maneras de sintetizar ZSM-5, un método común es el siguiente:^[5]

SiO ₂ + NaAlO ₂ + NaOH + N (CH ₂ CH ₂ CH ₃ ) ₄ Br + H ₂ O → ZSM-5 + analcima + alfa-cuarzo

ZSM-5 se prepara típicamente a alta temperatura y alta presión en un Teflon recubiertos autoclave y se puede preparar con diferentes proporciones de SiO ₂ y los compuestos que contienen Al.

Usos

ZSM-5 tiene una alta proporción de silicio de aluminio. Cada vez que un ^{Al 3 +} cación reemplaza Si ^{4 +} cación, una carga positiva se requiere para mantener el material de carga neutra. Con protón (H ⁺ ) como el catión, el material está muy ácido ic. Así, la acidez es proporcional al contenido de Al. La muy regular en 3-D estructura y la acidez de la ZSM-5 se pueden utilizar para catalizada por ácido reacciones, tales como la isomerización de hidrocarburos y la [alquilación []] de los hidrocarburos. Una de estas reacciones es la isomerización de la meta-xileno de para-xileno. Dentro de los poros de la zeolita ZSM-5, para-xileno tiene un coeficiente de difusión mucho mayor que los meta-xileno. Cuando la reacción de isomerización se permite que ocurra dentro de los poros de la ZSM-5, para-xileno es capaz de atravesar a lo largo de los poros de la difusión de la zeolita, de un catalizador muy rápidamente. Este tamaño de selectividad permite que la reacción de isomerización para producir rápidamente con un alto rendimiento.^[6]

ZSM-5 se ha utilizado como material de apoyo para la catálisis. En un ejemplo de ello, el cobre se deposita en la zeolita y una corriente de etanol se pasa a través a temperaturas de 240 a 320 ° C como una corriente de vapor, que hace que el etanol de oxidar de acetaldehído , dos átomos de hidrógeno se pierden por el etanol como el gas de hidrógeno. Parece que el tamaño de los poros específicos de ZSM-5 es de beneficio para este proceso, que también funciona para otros alcoholes y oxidaciones. El cobre es a veces combinado con otros metales, como cromo, para afinar la diversidad y especificidad de los productos, ya que es probable que sea más de uno. El ácido acético es un ejemplo de un posible subproducto de la oxidación de cobre caliente.

Referencias