199147. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szabályos geometriájú, hidrofób, kristályos, mikropórusos, szilíciumtartalmú anyagok előállítására
1 199147 2 A találmány szabályos geometriájú, hidrofób, kristályos, mikropórusos, szilíciumtartalmú anyagok előállítására vonatkozik. Az I és II csoport elemeinek, így a káliumnak, nátriumnak, magnéziumnak és kalcium- 5 nak, a kristályos, hidratált alumínium-tektoszilikátjai a természetben képződnek vagy laboratóriumban szintetizálhatok és nagyobb többértékű ionok, így ritka földfémek, könynyen bevihetők kationcserével. Szerkezetileg *0 ezek a tektoszilikátot alumínium-„rácsszerkezetű" szilikátok, amelyek korlátlanul terjedő háromdimenziós A104- és Si04-tetraéderek hálós szerkezetén épülnek fel, amelyeket osztó oxigénatomok kötnek egymáshoz. Ilyen 15 rácsszerkezetek vagy rácsok háló-negatív töltéseket hordanak és vázlatosan az alábbi általános képletű szerkezettel írhatók le: A_A A A'_A Al Si Si Al La a a /n . ebben a képletben M+ jelentése valamely kation, így nátrium- vagy kálium-ion és m a rács- 25 ban lévő negatív töltésű alumínium-ionok számával egyenlő szám. Az alumínium-tektoszilikátok a következő tapasztalati egységsejt képlettel is ábrázolhatok: M,/„[(Al02MSi02)y]-wH20, 30 ebben a képletben M egy n vegyértékű kation, w a vízmolekulák száma és az y/x arány szokásosan 1 —10, a különleges tektoszilikát-szerkezettől függően. Az (x+y) összeg 35 az egységsejtben lévő tetraéderek teljes száma; a zárójelben lévő rész a tektoszilikát rácsszerkezetét képviseli. Dehidratálás után számos tektoszilikát nagy belső felülettel rendelkezik, amely le- 40 hetővé teszi folyadékok vagy gázok abszorpcióját csatornák és pórusok felszabadulása következtében. Ezek a csatornák egységesek átjárják a szilárd anyag teljes térfogatát. A tektoszilikát külső felülete csak egy kis ré- 4g szét képviseli az egész rendelkezésre álló felületnek. Ennélfogva valamely dehidrált tektoszilikát szelektíven felvesz vagy taszít különböző molekulákat azok tényleges molekulamérete és -alakja alapján. Ez. a méret-sze- 50 lektív szorpcióhatás teljes vagy részleges lehet. Abban az esetben, ha az teljes, akkor egy fajtának a szilárd anyagba való diffúziója teljesen akadályozva van, miközben egy másik fajtának a diffúziója végbemegy. Abban az 55 esetben pedig, ha az részletes, akkor valamely kétalkotós elegy alkotói különböző sebességgel diffundálhatnak a szilárd anyagba a környezeti körülményektől függően. Az alumínium-tektoszilikát-pórusok felü- gg létén lévő pontszerű elektromos töltéseknek köszönhetően a nagy poláros molekulák, így a víz, ammónia, alkoholok és hasonlók, általában erősebben szorbeálódnak, mint a kisebb polaritású molekulák, így a szénhidrogének vagy a különböző gázok. A víz köny- 2 /M+/m, 20 nyen szorbeálódik és az alumíníum-tektoszilikát erősen megköti azt. A vízmolekulák különösen hajlamosak arra, hogy csqportosuljanak valamely gyémánthoz hasonló rács egyes részeiben mind folyadék-, mind gőzfázisban. Ez a hidrofil jelleg használható fel víz eltávolítására mind folyadék-, mind pedig gőzfázisban víz- és más molekulák, így petrolkémiai üzemek által feldolgozott szénhidrogénmolekulák elegyeiből. Kis méretű, könnyen szorbeálódó gázmolekulákat, így nitrogén-, hidrogén- és hasonló molekulákat tartalmazó gázáramok szintén száríthatok dehidratált tektoszilikátokkal éppen annak köszönhetően, hogy a tektoszilikátok rendkívül erősen kötik meg a vizet. Az alumínium-tektoszilikát hidrofil jellege azonban meggátolja ezeknek az anyagoknak a használatát kevésbé poláros anyagok szelektív eltávolítására vizet tartalmazó elegyekből. így például olyan tektoszilikát, amely nagy mennyiségű oldott ammóniát tudna eltávolítani emberi exkrétumokból, használható lenne pelenkákban vagy pólyákban, ahol az úgy működne, hogy — legalább részben — meggátolná az ammónia keletkezését és megelőzhető lenne az ammónia által okozott dermatitis (bőrkiütés). Ilyen anyagok ugyancsak használhatók lennének alom alkotójaként is annak érdekében, hogy szorbeálják a háziállatok vagy a szobaállatok exkrétumait. Jóllehet mind a természetben előforduló, mind a szintetikus tektoszilikátok alkalmazásra kerültek már nitrogéntartalmú alkotóknak folyékony emberi és állati exkrétumokból ioncsere útján történő eltávolítására, mindezideig nincs megoldva oldott ammóniának nagy mennyiségű víz jelenlétében való eltávolítása (Burholder, 3,935.363 számú USA-beli szabadalom). A vízmolekulák elsődleges szorpciója ammóniamolekulákkal szemben gyorsan csökkenti a tektoszilikátoknak azt a képességét, hogy az ammóniát szorbeálják. Már régóta ismert az a törekvés, hogy tektoszilikátok szorbensként való használat esetén távolítsák el a szénmonoxidot a dohányfüstből, miközben lehetővé teszik azt, hogy a nagyobb illatanyagmolekulák megmaradjanak a füstben: Ennek a célnak a megvalósítását azonban ténylegesen meggátolja a dohányfüstben lévő víznek a gyorsabb szorpciója, mivel a víz gyorsan megtölti a tektoszilikát pórusait, így meggátolja nagyobb mennyiségű szénmonoxid szorpcióját. A pórusok eltömődésének a megelőzésére szolgáló módszer van leírva a 3,658.069 számú USA- beli szabadalomban, amely szerint valamely vizet abszorbeáló anyagot helyeznek a tektoszilikátból felszabaduló füstáramba. Fémkatalizátorokat is visznek be például a tektoszilikátokba annak érdekében, hogy a szénmonoxidot széndioxiddá oxidálják vagy katalizálják a betáplált ásványolaj hidrogénezését vagy krakkolását. Ilyen katalizátortar-
