Le zeoliti sono una speciale classe di alluminosilicati cristallini caratterizzati da una struttura microporosa tridimensionale.
Adsorbimento selettivo
La complessa struttura tridimensionale favorisce la formazione di una variegata rete di tunnel e canali, ottimizzando la loro utilità nei processi di catalisi, adsorbimento e separazione dei gas.
Hosting and Carrying
La struttura porosa accuratamente definita, l’alta mobilità dei cationi estratti e la reattività superficiale caratterizzano questa categoria di materiali, consentendo loro di fungere da ospiti e trasportatori per molecole funzionali.
Un materiale conosciuto ma con nuove funzionalità.
Le zeoliti furono scoperte per la prima volta nel 1756 dal Barone Cronstedt, ma fu solo nel 1948 che le zeoliti sintetiche vennero prodotte da Barrer. Quest’ultimo sintetizzò le prime mordeniti a pori stretti ad alte temperature e pressioni. Successivamente, Union Carbide introdusse le zeoliti sintetiche come una nuova classe di adsorbenti industriali e catalizzatori per la conversione degli idrocarburi. Nel corso del tempo, sono state sviluppate nuove strutture e composizioni di zeoliti, alimentando un’esplosione di nuove strutture e composizioni di setacci molecolari.
Oggi, grazie alla capacità di sintetizzare una vasta gamma di zeoliti con differenti proporzioni di SiO2, è possibile influenzarne le proprietà in modo significativo. Un aumento del contenuto di SiO2, ad esempio, conferisce maggiore stabilità idrotermica, una più elevata attività catalitica acida e un’incrementata idrofobicità, rendendole efficaci adsorbenti. D’altro canto, una minore presenza di SiO2 favorisce una maggiore capacità di scambio cationico e un’incrementata adsorbimento di molecole polari. Tuttavia, solo poche aziende hanno il controllo necessario sul processo di sintesi per ottimizzare le zeoliti per specifiche applicazioni e sfruttarle appieno come supporti per nuove funzionalità.
SOL-GEL hydrothermal synthesis.
La sintesi idrotermale SOL-GEL rappresenta un approccio innovativo e sostenibile per la sintesi di strutture zeolitiche utilizzando fonti di allumina e silice senza l’impiego di agenti di guida organici. È possibile ottenere strutture cristalline ben definite attraverso un controllo accurato del gel reattivo. Sebbene l’approccio sia semplice, il processo fisico-chimico durante la cristallizzazione è complesso e dipende da diversi fattori come la preparazione del gel amorfo, i parametri di sintesi, la composizione del miscuglio reattivo e le sue proprietà reologiche. Attraverso il controllo dei parametri del processo, è possibile preparare un nuovo set di additivi funzionali con dimensioni selezionate e proprietà chimico-fisiche regolabili.
Modifica della Superficie delle Particelle.
La silanizzazione è un metodo di rivestimento semplice ed economico utilizzato per modificare le superfici dei materiali che presentano un’alta concentrazione di gruppi idrossile, come le zeoliti, la silice e altre superfici di ossidi metallici. Il metodo prevede il legame di molecole a base di silicio alle particelle mediante il collegamento degli atomi di silicio con i gruppi idrossile sulla superficie. Gli agenti di accoppiamento silanici disponibili commercialmente possono essere utilizzati per introdurre gruppi attivi, come ammino e carbossilici, sulla superficie, rendendola facilmente modificabile per ulteriori innesti e l’introduzione di nuove proprietà avanzate.
Le Reazioni di scambio cationico
Le zeoliti sono estremamente efficaci nell’assorbire gas e la distribuzione dei cationi extra-framework gioca un ruolo cruciale nel determinare i meccanismi di adsorbimento dei gas e le selettività. Diverse tecniche sperimentali e di simulazione sono state impiegate per individuare i cationi in diverse situazioni ed valutare le zeoliti modificate preparate tramite reazioni di scambio di cationi. Ad esempio, lo scambio di zeoliti con ioni di zinco e argento può trasformarle in materiali per il controllo degli odori, mentre lo scambio con il palladio può abilitarle all’adsorbimento dell’etilene. Questo approccio può anche essere utilizzato per introdurre molecole ospiti come sensori e marcatori, rendendo le zeoliti eccellenti ospiti per molecole attive.