Zeolithe - Anorganische Chemie, AK Röhr, Freiburg

Siedende Steine – Zeolithe
Siedende Steine – Zeolithe
(altgriechisch: ζǫon = zeon = siedend + λιθoσ = lithos = Stein)
Caroline Röhr, Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Universität Freiburg
Schülertage April 2013

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Strukturen
Synthese
Verwendung
Zusammenfassung
Literatur

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Einleitung
Strukturen
Synthese
Verwendung
Zusammenfassung
Literatur

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Gerüstalumosilicate: Struktur ←→ Eigenschaft (Beispiel Ca[Al 2 Si 2 O 8 ])

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Gerüstalumosilicate: Struktur ←→ Eigenschaft (Beispiel Ca[Al 2 Si 2 O 8 ])
◮ Siedesteine: z.B. Ca-Feldspat (Anorthit) Ca[Al 2Si 2O 8]

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Gerüstalumosilicate: Struktur ←→ Eigenschaft (Beispiel Ca[Al 2 Si 2 O 8 ])
◮ Siedesteine: z.B. Ca-Feldspat (Anorthit) Ca[Al 2Si 2O 8]
◮ Siedende Steine: Zeo Lithos (griech.: Zeo = ich siede, Lithos = Stein) ↑
◮ z.B. Gismondin Ca[Al 2Si 2O 8] · 5H 2O

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Gerüstalumosilicate: Struktur ←→ Eigenschaft (Beispiel Ca[Al 2 Si 2 O 8 ])
◮ Siedesteine: z.B. Ca-Feldspat (Anorthit) Ca[Al 2Si 2O 8]
◮ Siedende Steine: Zeo Lithos (griech.: Zeo = ich siede, Lithos = Stein) ↑
◮ z.B. Gismondin Ca[Al 2Si 2O 8] · 5H 2O

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
Moleküle
(kovalente Bindung)

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
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Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
Moleküle
(kovalente Bindung)

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
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Cl
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Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
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Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
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I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
CO
2+ 2−
Ca + O
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2
Si 4+ + 2 O 2−
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2
Si 4+ + 2 O 2−
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2
O
Si
O

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
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Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
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I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2
Si 4+ + 2 O 2−
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2
O
Si
O

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
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I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2
Si 4+ + 2 O 2−
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2
O
O
O
Si
Si
O
O
O
Si
O
O
O
SiO 4/2

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2 Ca[Al Si O ] 2 2 8
Si 4+ + 2 O 2−
2+ 3+ 4+ 2−
Ca + 2 Al + 2 Si + 8 O
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2
O
O
O
Si
Si
O
O
O
Si
O
O
O
SiO 4/2

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Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2 Ca[Al Si O ] 2 2 8
Si 4+ + 2 O 2−
2+ 3+ 4+ 2−
Ca + 2 Al + 2 Si + 8 O
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2
O
O
O
Si
Si O
O
O
O Si O O Si
O
O
Al
1/2 Ca 2+
O
O
O
O
O
SiO 4/2

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Chemie
I
II
III IV V VI VII VIII
Periodensystem
der Elemente
H
Li
Be
B
C
N
O
F
He
Ne
Nicht−
metalle
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Metalle
K
Rb
Ca
...
Ga
Sr In
Ge
Sn
As
Sb
Se
Te
Br
I
Kr
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Salze
(ionische Bindung)
einfaches Beispiel
CaO (gebr. Kalk)
2+ 2−
Ca + O
SiO (Quarz)
2 Ca[Al Si O ] 2 2 8
Si 4+ + 2 O 2−
2+ 3+ 4+ 2−
Ca + 2 Al + 2 Si + 8 O
CO
Moleküle (Kohlenstoffdioxid)
O C O
(kovalente Bindung)
2
O
O
O Si
O
SiO 4/2
Si O
1/2 Ca 2+
O
O O
O Si O O Si O Al O
O
O O
Alumosilicate

Siedende Steine – Zeolithe
Einleitung
Natürliche und synthetische Zeolithe
◮ ca. 200 verschiedene Strukturtypen, davon 40 bei natürlichen Zeolithen
Skolezit
Chabazit
synthetischer Chabazit
(elektronenmikroskopische Aufnahme)

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Einleitung
Strukturen
Synthese
Verwendung
Zusammenfassung
Literatur

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen I: Bauprinzipien
◮ [SiO 4/2 ]- bzw. [AlO 4/2 ]-Tetraeder (Primary Building Units)
Si
O
O
Si
O
O
Si
O
O 2− 4+
Si
Si
O
O

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen I: Bauprinzipien
◮ [SiO 4/2 ]- bzw. [AlO 4/2 ]-Tetraeder (Primary Building Units)
Si
O
O
Si
O
O
Si
O
O 2− 4+
Si
Si
O
O
◮ Verknüpfung (über O-Ecken) zu kleineren Baugruppen (Secondary
Building Units, SBU)
4−4 6−6
4 5 6
D4R
D6R

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen I: Bauprinzipien
◮ [SiO 4/2 ]- bzw. [AlO 4/2 ]-Tetraeder (Primary Building Units)
Si
O
O
Si
O
O
Si
O
O 2− 4+
Si
Si
O
O
◮ Verknüpfung (über O-Ecken) zu kleineren Baugruppen (Secondary
Building Units, SBU)
4−4 6−6
4 5 6
◮ Verknüpfung der SBUs zum 3D-Raumnetz ↦→ Gerüst/Tecto-Silicate
◮ ↦→ Polyanion: [Al nSi mO 2(n+m) ] n− (vgl. Ca[Al 2Si 2O 8])
◮ Zeolithe: Tectosilicate mit großen Kanälen und Käfigen, die für Gäste
(Kationen, Wasser, organische Moleküle) zugänglich sind
D4R
D6R

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Nomenklatur und Klassifizierung
◮ Nomenklatur: Dreibuchstaben-Code
◮ LTA (Linde Typ A)
◮ FAU (Faujasit, Zeolith X, Zeolith Y)
◮ MFI (Mobil Five, ZSM-5, Zeolite Socony Mobile No. 5)
◮ MOR (Mordenit)

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Nomenklatur und Klassifizierung
◮ Nomenklatur: Dreibuchstaben-Code
◮ LTA (Linde Typ A)
◮ FAU (Faujasit, Zeolith X, Zeolith Y)
◮ MFI (Mobil Five, ZSM-5, Zeolite Socony Mobile No. 5)
◮ MOR (Mordenit)
◮ Klassifizierung: nach Dimensionalität der Kanalsysteme
1. eindimensionale Kanäle (Faser-Zeolithe)
2. zweidimensionale Kanalsysteme (lamellare Zeolithe)
3. dreidimensionale Kanalsysteme (Würfelzeolithe, Pentasil)
Natrolith: ein Faser-Zeolith Heulandit: ein lamellarer Zeolith Chabazit, ein Würfel-Z.

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen II: Würfelzeolithe
◮ Verknüpfung der SBUs zu β-Käfigen in Würfelzeolithen
•

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Würfelzeolith LTA (Linde Typ A)
◮ wichtiger synthetischer Zeolith (2 · 10 6 t/a)
◮ Struktur: Verknüpfung von β-Käfigen über quadratische Prismen (4-4,
D4R) •

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Würfelzeolith LTA (Linde Typ A)
◮ wichtiger synthetischer Zeolith (2 · 10 6 t/a)
◮ Struktur: Verknüpfung von β-Käfigen über quadratische Prismen (4-4,
D4R) •
410 pm
◮ Fenster: 8-Ringe, ⊘ = 410 pm ↦→ engporiger Zeolith

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Würfelzeolith Faujasit (Zeolith-X und -Y)
◮ natürlich und synthetisch (100 000 t/a)

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Würfelzeolith Faujasit (Zeolith-X und -Y)
◮ natürlich und synthetisch (100 000 t/a)
◮ Struktur: Verknüpfung von β-Käfigen über hexagonale Prismen (6-6, D6R)
•

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Würfelzeolith Faujasit (Zeolith-X und -Y)
◮ natürlich und synthetisch (100 000 t/a)
◮ Struktur: Verknüpfung von β-Käfigen über hexagonale Prismen (6-6, D6R)
•
740 pm
◮ Fenster: 12-Ringe, ⊘ = 740 pm ↦→ weitporiger Zeolith

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen III: Pentasile: Beispiel ZSM-5
◮ wichtiger synthetischer Zeolith (3000 t/a)

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen III: Pentasile: Beispiel ZSM-5
◮ wichtiger synthetischer Zeolith (3000 t/a)
◮ Struktur: 5-Ringe als SBUs •

Siedende Steine – Zeolithe
Strukturen
Strukturen III: Pentasile: Beispiel ZSM-5
◮ wichtiger synthetischer Zeolith (3000 t/a)
◮ Struktur: 5-Ringe als SBUs •
◮ lineare und Zick-Zack-Kanäle
10-Ringe, ⊘ = 510 - 550 pm ↦→ mittelporiger Zeolith

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Einleitung
Strukturen
Synthese
Verwendung
Zusammenfassung
Literatur

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen I
◮ Edukte: Silicate (Quarz, Silicagel) und Aluminate (Tonerde), in
Natronlauge gelöst

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen I
◮ Edukte: Silicate (Quarz, Silicagel) und Aluminate (Tonerde), in
Natronlauge gelöst
◮ ggf. Template für bestimmte Kanalsysteme

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen I
◮ Edukte: Silicate (Quarz, Silicagel) und Aluminate (Tonerde), in
Natronlauge gelöst
◮ ggf. Template für bestimmte Kanalsysteme
◮ z.B. Einbau von Alkylaminen (Tetrapropylammonium-Kation) bei
ZSM-5-Synthese:
CH 3
CH 2
CH 2
+
CH 3 CH 2 CH 2 N CH2 CH2 CH3
Tetrapropyl−
ammonium−
Kation
CH 2
CH 2
CH 3

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen I
◮ Edukte: Silicate (Quarz, Silicagel) und Aluminate (Tonerde), in
Natronlauge gelöst
◮ ggf. Template für bestimmte Kanalsysteme
◮ z.B. Einbau von Alkylaminen (Tetrapropylammonium-Kation) bei
ZSM-5-Synthese:

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen I
◮ Edukte: Silicate (Quarz, Silicagel) und Aluminate (Tonerde), in
Natronlauge gelöst
◮ ggf. Template für bestimmte Kanalsysteme
◮ z.B. Einbau von Alkylaminen (Tetrapropylammonium-Kation) bei
ZSM-5-Synthese:

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen I
◮ Edukte: Silicate (Quarz, Silicagel) und Aluminate (Tonerde), in
Natronlauge gelöst
◮ ggf. Template für bestimmte Kanalsysteme
◮ z.B. Einbau von Alkylaminen (Tetrapropylammonium-Kation) bei
ZSM-5-Synthese:
◮ ggf. Entfernen der organischen Template durch Ausbrennen ↦→ H-Form
◮ Modifizierung durch Kationen-Austausch (H + , Na + , Pt, Pd usw.)

Siedende Steine – Zeolithe
Synthese
Synthese von Zeolithen II
◮ hydrothermale Synthesen: 50 - 300 o C (unter Druck, in Autoklaven)
Labor-Autoklav
techn. Druck-Rührkessel
(Batch-Betrieb)

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Einleitung
Strukturen
Synthese
Verwendung
Zusammenfassung
Literatur

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung I: Zeolithe als Ionenaustauscher
◮ Prinzip: Austausch von Na + -Ionen gegen andere Kationen
◮ Austauschkapazität steigt mit Al-Gehalt (Modul)
◮ ggf. Regeneration durch Behandeln mit Kochsalz-Lösung

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung I: Zeolithe als Ionenaustauscher
◮ Prinzip: Austausch von Na + -Ionen gegen andere Kationen
◮ Austauschkapazität steigt mit Al-Gehalt (Modul)
◮ ggf. Regeneration durch Behandeln mit Kochsalz-Lösung
◮ Beispiele:
◮ Zeolith A in Wasch- und Reinigungsmitteln (LTA, Permutite, Sasil)
◮ Austausch von Na + gegen Ca 2+ und/oder Mg 2+ (Wasserenthärtung)
◮ Ersatz umweltschädlicher Phosphate

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung I: Zeolithe als Ionenaustauscher
◮ Prinzip: Austausch von Na + -Ionen gegen andere Kationen
◮ Austauschkapazität steigt mit Al-Gehalt (Modul)
◮ ggf. Regeneration durch Behandeln mit Kochsalz-Lösung
◮ Beispiele:
◮ Zeolith A in Wasch- und Reinigungsmitteln (LTA, Permutite, Sasil)
◮ Austausch von Na + gegen Ca 2+ und/oder Mg 2+ (Wasserenthärtung)
◮ Ersatz umweltschädlicher Phosphate
◮ Reinigung radioaktiver Abwässer
◮ Immobilisierung radioaktiver Ionen z.B. Caesium ( 137
55 Cs+ ) oder Strontium
( 90
38 Sr2+ )

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung II: Zeolithe als Adsorptionsmittel/Trockenmittel
◮ entwässerte Zeolithe: Adsorption kleiner Moleküle (H 2O, CO 2) auch bei
niedrigen Partialdrucken
◮ Beispiele:
◮ Trocknung bzw. Entfernung von CO 2 und Schwefel-Verbindungen aus
Erdgas/Synthesegas
◮ Trocknung von Lösungsmitteln (Molsiebe 3 Å, 4 Å, 5 Å)
◮ Trockenmitteln in Doppelfenstern
◮ Verbesserung der Rieselfähigkeit div. Produkte

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung II: Zeolithe als Adsorptionsmittel/Trockenmittel
◮ entwässerte Zeolithe: Adsorption kleiner Moleküle (H 2O, CO 2) auch bei
niedrigen Partialdrucken
◮ Beispiele:
◮ Trocknung bzw. Entfernung von CO 2 und Schwefel-Verbindungen aus
Erdgas/Synthesegas
◮ Trocknung von Lösungsmitteln (Molsiebe 3 Å, 4 Å, 5 Å)
◮ Trockenmitteln in Doppelfenstern
◮ Verbesserung der Rieselfähigkeit div. Produkte
◮ Abtrennung unerwünschter Gasbestandteile (Landwirtschaft, Großküchen)

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung III: Zeolithe als (Molekular-)Siebe
◮ Trennung von Molekülen nach Größe/Gestalt
◮ Beispiele:
◮ Trennung unverzweigter von verzweigten Alkanen oder Aromaten (Ca-LTA)
passend zu sperrig
380 pm
430 pm
530 pm
500 pm
◮ Sauerstoffanreicherung in Luft, Luftzerlegung (N 2 -Adsorption an Ca-LTA)

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung IV: Zeolithe als saure Katalysatoren
◮ H-Formen als Lewis- bzw. Brönsted-Säuren:
H−Zeolith
H
_ +
O O
Si Al Si
O O O O O O
Brönsted−S.
+
H
_
O O
Si Al Si
O O O O O O
Lewis−S.
H
O
O
Si Al Si
O O O O O O

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung IV: Zeolithe als saure Katalysatoren
◮ Vorteile gegenüber Mineralsäuren (z.B. Schwefelsäure)

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung IV: Zeolithe als saure Katalysatoren
◮ Vorteile gegenüber Mineralsäuren (z.B. Schwefelsäure)
◮ einfache Abtrennung (heterogene Katalysatoren)

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung IV: Zeolithe als saure Katalysatoren
◮ Vorteile gegenüber Mineralsäuren (z.B. Schwefelsäure)
◮ einfache Abtrennung (heterogene Katalysatoren)
◮ Regeneration möglich

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung IV: Zeolithe als saure Katalysatoren
◮ Vorteile gegenüber Mineralsäuren (z.B. Schwefelsäure)
◮ einfache Abtrennung (heterogene Katalysatoren)
◮ Regeneration möglich
◮ keine Korrosionsprobleme

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Verwendung IV: Zeolithe als saure Katalysatoren
◮ Vorteile gegenüber Mineralsäuren (z.B. Schwefelsäure)
◮ einfache Abtrennung (heterogene Katalysatoren)
◮ Regeneration möglich
◮ keine Korrosionsprobleme
◮ Formselektivität:
Reaktanden−S.
Produkt−S.

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Zeolithe als formselektive Heterogen-Katalysatoren
◮ saure Katalyse
◮ Friedl-Crafts-Acylierung und -Alkylierung (H-ZSM-5)
H−ZSM5
400°C
meta
ortho
+
Toluol
Ethen
para
◮ Katalytisches Cracken (FCC) (Ultra Stable Y: USY)
◮ Dewaxing (Entfernung/Abbau langkettiger Paraffine aus Erdölfraktionen;
ZSM-5)

Siedende Steine – Zeolithe
Verwendung
Zeolithe als formselektive Heterogen-Katalysatoren
◮ saure Katalyse
◮ Friedl-Crafts-Acylierung und -Alkylierung (H-ZSM-5)
H−ZSM5
400°C
meta
ortho
+
Toluol
Ethen
para
◮ Katalytisches Cracken (FCC) (Ultra Stable Y: USY)
◮ Dewaxing (Entfernung/Abbau langkettiger Paraffine aus Erdölfraktionen;
ZSM-5)
◮ Übergangsmetallkatalyse
◮ Pd/Pt-Cluster in Zeolith-Käfigen ↦→ sehr große Oberflächen
◮ z.B: Isomerisierung von Alkanen (Pt-Mordenit: Pt-MOR)

Siedende Steine – Zeolithe
Zusammenfassung
Zusammenfassung
◮ Zeo-lithe = Siedende Steine
◮ Gerüst-Alumosilicate
◮ allgemeine Formel: A n+
x/n
[(AlO2)x(SiO2)1−x] · y H2O
◮ natürliche und synthetische Vertreter
◮ Strukturen: Gerüststrukturen mit Kanalsystemen; für Gäste zugänglich
◮ Synthese: gezielte Steuerung der Porenabmessungen durch Template
◮ Verwendung:
◮ Ionenaustauscher
◮ Trockenmittel, Molsiebe
◮ Heterogen-Katalysatoren

Siedende Steine – Zeolithe
Literatur
Literatur
◮ M. Okrusch, S. Matthes, Mineralogie, Springer (2004).
◮ extraLapis Nr. 33: Zeolithe: Mineralien - zugleich nützlich und
wunderschön, Weise-Verlag München (2007).
◮ F. Liebau: Structural Chemistry of Silicates, Springer (1985).
◮ L. Puppe, Chemie in unserer Zeit, 4, 117 (1986).
◮ Database of Zeolite Structures der Structure Commission der International
Zeolite Association (IZA-SC)
◮ Web-Seite ’Silicatchemie’:
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/silicate 0.html
◮ PDF dieses Vortrags
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/Seminare/zeolithe 2013.pdf

Siedende Steine – Zeolithe
ENDE
DANKE!