SINTESIS HIDROTERMICA DE ZEOLITAS

1. SINTESIS HIDROTERMICA DE ZEOLITAS PARTE III ALEJANDRA M. SANTA GRUPO CATALIZADORES Y ADSORBENTES UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

2. RESUMEN OBSERVACIONES EXPERIMENTALES MECANISMOS DE SÍNTESIS PROCESO DE SÍNTESIS NATURALEZA DE LAS ESPECIES EN CRECIMIENTO Y PAPEL DE LOS PROCESOS DE AGREGACIÓN MECANISMOS PROPUESTOS AGENTES MINERALIZANTES TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO SÍNTESIS HIDROTÉRMICA EN AUSENCIA DE FASE LÍQUIDA CONTENIDO

3. RESUMEN

4. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES • Inicialmente se mezclan los precursores amorfos de Al y Si • La mezcla se calienta en una autoclave • Los productos cristalinos comienzan a aparecer • Se obtiene el producto final • Los precursores óxidos contienen enlaces Si-O y Al-O

5. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES • La zeolita contiene enlaces Si-O-Al • No hay grandes cambios en H ni en G • La reacción es cinéticamente controlada • El producto final es meta estable • Existen condiciones de síntesis específicas para cada estructura

6. MECANISMOS DE SÍNTESIS • Primero se consideró como un proceso en solución • Luego se focalizó la atención en la fase sólida • Se observó que el crecimiento de los cristales ocurre por la catálisis del OH- • Se catalogó el gel amorfo como una entidad dinámica • Se dio real importancia a la solución • Se concluyó que la cristalización ocurre en la solución

7. PROCESO DE SÍNTESIS • Periodo de inducción • Nucleación • Crecimiento de los cristales

8. PERIODO DE INDUCCIÓN (t) Tiempo entre el comienzo de la reacción y el punto en el cual el se observa el primer producto cristalino. t = tr + tn + ty tr = tiempo que tarda el sistema en alcanzar el equilibrio en la distribución molecular tn = tiempo que tarda la formación del primer núcleo estable ty = tiempo que tardan los núcleos en tomar un tamaño detectable

9. NATURALEZA DE LOS MATERIALES AMORFOS La fase amorfa primaria se forma cuando las soluciones de los precursores se mezclan y forman un gel en un medio catiónico básico, generalmente La fase amorfa secundaria se forma cuando la mezcla se lleva a la Temperatura de reacción

10. NUCLEACIÓN • Formación de la fase amorfa primaria • Formación de la fase amorfa secundaria • Establecimiento de una estructura suficientemente regular con distribución estática de sitios ordenados • Crecimiento

11. CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES • La velocidad de crecimiento de los cristales de zeolita es menor que la de los cristales iónicos o moleculares • Para que el mecanismo de crecimiento opere se requiere: • Existan unidades monoméricas de silicato • El proceso de ensamblaje esta influenciada por el agente estructurante • El sistema debe ser dinámico.

12. NATURALEZA DE LAS ESPECIES EN CRECIMIENTO Y EL PAPEL DE LOS PROCESOS DE AGREGACIÓN

13. MECANISMOS PROPUESTOS • Crecimiento de unidades solubles prefabricadas • Crecimiento de especies simples • Crecimiento por agregación

14. UNIDADES SOLUBLES PREFABRICADAS • La estructura real de los aniones en solución difieren de las SBUs • No hay correspondencia entre lo aparición de aniones particulares y la naturaleza de una estructura particular • Se forman estructuras diferentes partiendo de soluciones similares • Se forman estructuras complejas con soluciones simples • Se pueden adicionar componentes para cambiar el curso de la síntesis pero no se altera la distribución de los aniones

16. ESPECIES SIMPLES • La hipótesis de construcción in-situ no requiere la presencia de un bloque de construcción especializado • Las especies en solución que no se usan directamente se consumen indirectamente en la restitución del equilibrio • La velocidad lineal de crecimiento de los cristales es directamente proporcional a la de abastecimiento de nutrientes

17. AGREGACIÓN DE PARTICULAS • Partículas primarias subcoloidales (3-4 nm) se agregan y aumentan de tamaño y densidad (6-7 nm). • Luego forman clusters hasta alcanzar 50 nm • Es poco probable • Las partículas no tienen la energía suficiente para vencer la interfase a la T de cristalización • No ocurre como proceso independiente y único

19. CONCLUSIONES • El modelo más aceptado es el de crecimiento de especies simples • La identidad de las especies en crecimiento depende de la química de la solución y del agente mineralizante • En el comienzo de la síntesis las nano partículas pueden aglomerarse • El proceso de aglomerado de las partículas por si solo no puede producir cristales, se requiere el proceso de polimerización y de polimerización.

20. AGENTES MINERALIZANTES • Debe solubilizar los materiales iniciales en unidades móviles • Debe trasportar la reactividad química para que las unidades móviles puedan reaccionar. • Debe permitir que la nueva estructura exista como una fase sólida estable • Se usa generalmente fuentes de OH- o también iones fluoruro (F-)

21. TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO

22. SINTESIS HIDROTERMICA EN AUSENCIA DE FASE LIQUIDA • Se reemplazan algunos reactivos de la síntesis por una fase gaseosa • Un gel preparado con anterioridad y secado se somete a Temperatura y presión sobre un liquido en una autoclave • Se ha sintetizado ZSM5 de 5 a 7 días a 180-200ºC