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zeolita

La zeolita es una familia de varios materiales de aluminosilicato cristalino microporoso comúnmente utilizados como adsorbentes y catalizadores comerciales . [1] Se componen principalmente de silicio , aluminio , oxígeno y tienen la fórmula general M.norte+
1/norte(AlO
2)−
(SiO
2)
X･y H
2O donde Mnorte+
1/nortees un ion metálico o H + . Estos iones positivos se pueden intercambiar por otros en una solución electrolítica en contacto . h+
Las zeolitas intercambiadas son particularmente útiles como catalizadores ácidos sólidos . [2]

El término fue acuñado originalmente en 1756 por el mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt , quien observó que calentar rápidamente un material, que se creía que era estilbita , producía grandes cantidades de vapor a partir del agua que había sido absorbida por el material. En base a esto, llamó al material zeolita , del griego ζέω (zéō) , que significa "hervir" y λίθος (líthos) , que significa "piedra". [3]

Las zeolitas se producen de forma natural, pero también se producen industrialmente a gran escala. Hasta diciembre de 2018 , se han identificado 253 estructuras de zeolita únicas y se conocen más de 40 estructuras de zeolita naturales. [4] [5] Cada nueva estructura de zeolita que se obtiene es examinada por la Comisión de Estructura de la Asociación Internacional de Zeolita (IZA-SC) y recibe una designación de tres letras. [6]

Características

Propiedades

Estructura microscópica de una estructura de zeolita ( mordenita ), ensamblada a partir de SiO que comparte esquinas.
4tetraedros. El sodio está presente como catión extraestructural (en verde). Los átomos de Si pueden ser reemplazados parcialmente por Al u otros metales tetravalentes.

Las zeolitas son sólidos blancos con propiedades de manipulación ordinarias, como muchos minerales de aluminosilicato habituales, por ejemplo, el feldespato . Tienen la fórmula general MAlO 2 )(SiO 2 ) x (H 2 O) y donde M + suele ser H + y Na + . La relación Si/Al es variable, lo que proporciona un medio para ajustar las propiedades. Las zeolitas con relaciones Si/Al superiores a aproximadamente 3 se clasifican como zeolitas con alto contenido de sílice , que tienden a ser más hidrófobas. El H + y el Na + pueden ser reemplazados por diversos cationes, debido a que las zeolitas tienen propiedades de intercambio iónico . La naturaleza de los cationes influye en la porosidad de las zeolitas.

Las zeolitas tienen estructuras microporosas con un diámetro típico de 0,3 a 0,8 nm. Como la mayoría de los aluminosilicatos, la estructura se forma mediante la unión de átomos de aluminio y silicio mediante óxidos. Este enlace conduce a una red tridimensional de enlaces Si-O-Al, Si-O-Si y Al-O-Al. Los centros de aluminio están cargados negativamente, lo que requiere un catión que los acompañe. Estos cationes se hidratan durante la formación de los materiales. Los cationes hidratados interrumpen la densa red de enlaces Si-O-Al, Si-O-Si y Al-O-Al, lo que da lugar a cavidades regulares llenas de agua. Debido a la porosidad de la zeolita, el agua puede salir del material a través de canales. Debido a la rigidez de la estructura de zeolita, la pérdida de agua no da como resultado el colapso de las cavidades y canales. Este aspecto (la capacidad de generar huecos dentro del material sólido) sustenta la capacidad de las zeolitas para funcionar como catalizadores. Poseen una alta estabilidad física y química debido a la gran contribución de enlaces covalentes. Tienen una excelente hidrofobicidad y son adecuados para la adsorción de moléculas hidrofóbicas voluminosas, como los hidrocarburos. Además de eso, las zeolitas con alto contenido de sílice son H+
intercambiables, a diferencia de las zeolitas naturales, y se utilizan como catalizadores ácidos sólidos . La acidez es lo suficientemente fuerte como para protonar hidrocarburos y las zeolitas con alto contenido de sílice se utilizan en procesos de catálisis ácida, como el craqueo catalítico fluido en la industria petroquímica. [7]

Zeolita Mordenita con algunos átomos de Si sustituidos por átomos de Al.


Estructura marco

Tres formas de representar la estructura del anillo de 4 miembros del oxígeno de los compuestos de silicato.
Comparación de estructuras estructurales de zeolita tipo LTA (izquierda) y zeolita tipo FAU (derecha)

Se han determinado las estructuras de cientos de zeolitas. La mayoría no ocurre naturalmente. Para cada estructura, la Asociación Internacional de Zeolita (IZA) proporciona un código de tres letras llamado código de tipo marco (FTC). [4] Por ejemplo, los principales tamices moleculares, 3A, 4A y 5A, son todos LTA (Linde Tipo A). La mayoría de las zeolitas naturales disponibles comercialmente son del tipo MOR, HEU o ANA.

En la figura superior derecha se muestra un ejemplo de la notación de la estructura anular de la zeolita y otros materiales de silicato. La figura del medio muestra una notación común que utiliza una fórmula estructural . La figura de la izquierda enfatiza la estructura tetraédrica del SiO 4 . La conexión de átomos de oxígeno crea un anillo de oxígeno de cuatro miembros (línea azul en negrita). De hecho, una subestructura anular de este tipo se denomina anillo de cuatro miembros o simplemente de cuatro anillos . La figura de la derecha muestra un anillo de 4 con átomos de Si conectados entre sí, que es la forma más común de expresar la topología del marco.

La figura de la derecha compara las estructuras marco típicas de LTA (izquierda) y FAU (derecha). Ambas zeolitas comparten la estructura octaédrica truncada (jaula de sodalita ) (línea morada). Sin embargo, la forma en que están conectados (línea amarilla) es diferente: en LTA, los anillos de cuatro miembros de la jaula están conectados entre sí para formar un esqueleto, mientras que en FAU, los anillos de seis miembros están conectados entre sí. Como resultado, la entrada de poro de LTA es de 8 anillos (0,41 nm [4] ) y pertenece a la zeolita de poro pequeño , mientras que la entrada de poro de FAU es de 12 anillos (0,74 nm [4] ) y pertenece a la zeolita de poro grande , respectivamente. Los materiales con 10 anillos se denominan zeolitas de poro medio , siendo un ejemplo típico la ZSM-5 (MFI).

Aunque se conocen más de 200 tipos de zeolitas, sólo están disponibles unos 100 tipos de aluminosilicato. Además, sólo hay unos pocos tipos que pueden sintetizarse de forma industrialmente viable y que tienen suficiente estabilidad térmica para cumplir los requisitos de uso industrial. En particular, los tipos FAU (faujasita, USY), * BEA (beta), MOR (mordenita con alto contenido de sílice), MFI (ZSM-5) y FER (ferrierita con alto contenido de sílice) se denominan los cinco grandes de las zeolitas con alto contenido de sílice. , [8] y se han establecido métodos de producción industrial.

Porosidad

El término tamiz molecular se refiere a una propiedad particular de estos materiales, es decir, la capacidad de clasificar selectivamente moléculas basándose principalmente en un proceso de exclusión por tamaño. Esto se debe a una estructura de poros muy regular de dimensiones moleculares. El tamaño máximo de las especies moleculares o iónicas que pueden entrar en los poros de una zeolita está controlado por las dimensiones de los canales. Estos se definen convencionalmente por el tamaño del anillo de la apertura, donde, por ejemplo, el término "ocho anillos" se refiere a un circuito cerrado que está construido a partir de ocho átomos de silicio (o aluminio) coordinados tetraédricamente y ocho átomos de oxígeno. Estos anillos no siempre son perfectamente simétricos debido a una variedad de causas, incluida la tensión inducida por el enlace entre unidades que son necesarias para producir la estructura general o la coordinación de algunos de los átomos de oxígeno de los anillos con cationes dentro de la estructura. Por tanto, los poros de muchas zeolitas no son cilíndricos.

sustitución isomorfa

La sustitución isomorfa de Si en zeolitas puede ser posible para algunos heteroátomos como el titanio , [9] el zinc [10] y el germanio . [11] Los átomos de Al en las zeolitas también se pueden reemplazar estructuralmente con boro [12] y galio . [13]

Se conocen el tipo silicoaluminofosfato (tamiz molecular AlPO), [14] en el que Si es isomorfo con Al y P y Al es isomorfo con Si, y el galogermanado [15] y otros.

ocurrencia natural

Una forma de thomsonita (una de las zeolitas más raras) de la India.

Algunas de las zeolitas minerales más comunes son analcima , chabazita , clinoptilolita , heulandita , natrolita , filisita y estilbita . Un ejemplo de la fórmula mineral de una zeolita es: Na 2 Al 2 Si 3 O 10 ·2H 2 O, la fórmula de la natrolita .

Las zeolitas naturales se forman cuando las rocas volcánicas y las capas de ceniza reaccionan con el agua subterránea alcalina . Las zeolitas también cristalizan en ambientes posdeposicionales durante períodos que van desde miles a millones de años en cuencas marinas poco profundas. Las zeolitas naturales rara vez son puras y están contaminadas en diversos grados por otros minerales, metales, cuarzo u otras zeolitas. Por esta razón, las zeolitas naturales están excluidas de muchas aplicaciones comerciales importantes donde la uniformidad y la pureza son esenciales. [ cita necesaria ]

Las zeolitas se transforman en otros minerales bajo condiciones de meteorización , alteración hidrotermal o metamórfica . Algunos ejemplos: [16]

piedras preciosas

Thomsonita pulida

Las thomsonitas , uno de los minerales de zeolita más raros, se han recolectado como piedras preciosas de una serie de flujos de lava a lo largo del lago Superior en Minnesota y, en menor grado, en Michigan . Los nódulos de Thomsonita de estas áreas se han erosionado por los flujos de lava basáltica y son recolectados en las playas y por los buzos en el Lago Superior.

Estos nódulos de thomsonita tienen anillos concéntricos en combinaciones de colores: negro, blanco, naranja, rosa, morado, rojo y muchos tonos de verde. Algunos nódulos tienen inclusiones de cobre y rara vez se encontrarán con "ojos" de cobre . Cuando se pulen con un lapidario , las thomsonitas a veces muestran un efecto de "ojo de gato" ( chatoyancy ). [17]

Producción

Las zeolitas de importancia industrial se producen sintéticamente. Los procedimientos típicos implican calentar soluciones acuosas de alúmina y sílice con hidróxido de sodio . Los reactivos equivalentes incluyen aluminato de sodio y silicato de sodio . Otras variaciones incluyen el uso de agentes directores de estructura (SDA), como cationes de amonio cuaternario . [18]

Las zeolitas sintéticas tienen algunas ventajas clave sobre sus análogos naturales. Los materiales sintéticos se fabrican en un estado puro y uniforme. También es posible producir estructuras de zeolita que no aparecen en la naturaleza. La zeolita A es un ejemplo bien conocido. Dado que las principales materias primas utilizadas para fabricar zeolitas son la sílice y la alúmina, que se encuentran entre los componentes minerales más abundantes en la Tierra, el potencial para suministrar zeolitas es prácticamente ilimitado.

Minería de minerales

Natrolita de Polonia

En 2016 , la producción anual mundial de zeolita natural se aproxima a los 3 millones de toneladas . Los principales productores en 2010 fueron China (2 millones de toneladas), Corea del Sur (210.000 t), Japón (150.000 t), Jordania (140.000 t), Turquía (100.000 t), Eslovaquia (85.000 t) y Estados Unidos (59.000 t). [19] La fácil disponibilidad de roca rica en zeolita a bajo costo y la escasez de minerales y rocas competidores son probablemente los factores más importantes para su uso a gran escala. Según el Servicio Geológico de Estados Unidos , es probable que un porcentaje importante del material vendido como zeolitas en algunos países sea toba volcánica molida o aserrada que contiene sólo una pequeña cantidad de zeolitas. Estos materiales se utilizan para la construcción, por ejemplo, piedra dimensionada (como toba volcánica alterada), agregados livianos , cemento puzolánico y acondicionadores de suelo . [20]

Síntesis

Zeolita sintética

Se han informado más de 200 zeolitas sintéticas. [21] La mayoría de las zeolitas tienen estructuras de aluminosilicato, pero algunas incorporan germanio, hierro, galio, boro, zinc, estaño y titanio. [22] La síntesis de zeolita implica procesos tipo sol-gel . Las propiedades del producto dependen de la composición de la mezcla de reacción, el pH del sistema, la temperatura de funcionamiento , el tiempo de "siembra" previo a la reacción, el tiempo de reacción y las plantillas utilizadas. En el proceso sol-gel se pueden incorporar fácilmente otros elementos (metales, óxidos metálicos).

Aplicaciones

Las zeolitas se utilizan ampliamente como catalizadores y sorbentes . [23] Su estructura de poros bien definida y su acidez ajustable los hacen altamente activos en una gran variedad de reacciones. [24] [2] En química, las zeolitas se utilizan como membranas para separar moléculas (solo pueden pasar moléculas de ciertos tamaños y formas) y como trampas para que las moléculas puedan ser analizadas.

Se han llevado a cabo investigaciones y desarrollo de las numerosas aplicaciones bioquímicas y biomédicas de las zeolitas, en particular las especies naturales heulandita , clinoptilolita y chabazita . [25]

Síntesis orgánica

En química sintética, se prefieren los catalizadores homogéneos debido a su disponibilidad, bajo costo y excelente actividad catalítica, ya que todos los sitios catalíticos están fácilmente disponibles. Sin embargo, estos catalizadores homogéneos tienen varias desventajas, tales como no ser reutilizables, requerir más que una cantidad estequiométrica y dificultad en la separación y recuperación. Algunos otros inconvenientes de su uso incluyen los peligros potenciales en la manipulación, la toxicidad, la naturaleza corrosiva y los problemas de eliminación debido al efluente ácido. Además de eso, la hidrólisis y purificación del complejo resultante da como resultado subproductos corrosivos. Se están investigando catalizadores sólidos heterogéneos alternativos que sean estables, reutilizables y respetuosos con la naturaleza, y que también permitirán un mejor procesamiento de los productos de reacción. Entre estos diferentes catalizadores sólidos, se encontró que las zeolitas eran superiores debido a su selectividad de forma, estabilidad térmica y reutilización.

La alquilación y acilación de Friedel-Crafts utilizando zeolitas como catalizador son comunes en la síntesis orgánica. [2]

Intercambio iónico, purificación y ablandamiento de agua.

Las zeolitas se utilizan ampliamente como lechos de intercambio iónico en la purificación , ablandamiento y otras aplicaciones de agua doméstica y comercial.

La evidencia del sistema de filtración de purificación de agua con zeolita más antiguo conocido se encuentra en los sedimentos intactos del embalse Corriental en la ciudad maya de Tikal , en el norte de Guatemala. [26]

Anteriormente, los polifosfatos se utilizaban para ablandar el agua dura. Los polifosfatos forman complejos con iones metálicos como Ca 2+ y Mg 2+ para unirlos de modo que no interfieran en el proceso de limpieza. Sin embargo, cuando esta agua rica en fosfato pasa al agua de la corriente principal, produce la eutrofización de los cuerpos de agua y, por lo tanto, el uso de polifosfato se reemplazó por el uso de una zeolita sintética.

El mayor uso individual de la zeolita es el mercado mundial de detergentes para ropa . Las zeolitas se utilizan en detergentes para ropa como ablandadores de agua, eliminando los iones Ca 2+ y Mg 2+ que de otro modo precipitarían de la solución. Los iones son retenidos por las zeolitas, que liberan iones Na + en la solución, lo que permite que el detergente para ropa sea eficaz en áreas con agua dura. [27]

Catálisis

Las zeolitas sintéticas, al igual que otros materiales mesoporosos (p. ej., MCM-41 ), se utilizan ampliamente como catalizadores en la industria petroquímica , como en el craqueo catalítico fluido y en el hidrocraqueo . Las zeolitas confinan las moléculas en espacios pequeños, lo que provoca cambios en su estructura y reactividad. Las formas ácidas de las zeolitas preparadas son a menudo potentes ácidos sólidos en estado sólido , que facilitan una serie de reacciones catalizadas por ácidos, como la isomerización , la alquilación y el craqueo.

El craqueo catalítico utiliza un reactor y un regenerador. La alimentación se inyecta en un catalizador fluidizado caliente donde las moléculas grandes de gasóleo se rompen en moléculas más pequeñas de gasolina y olefinas . Los productos en fase de vapor se separan del catalizador y se destilan en diversos productos. El catalizador se hace circular hasta un regenerador, donde el aire se utiliza para quemar el coque de la superficie del catalizador que se formó como subproducto en el proceso de craqueo. El catalizador regenerado caliente luego circula de regreso al reactor para completar su ciclo.

Las zeolitas que contienen nanopartículas de cobalto tienen aplicaciones en la industria del reciclaje como catalizador para descomponer el polietileno y el polipropileno , dos plásticos ampliamente utilizados, en propano . [28]

Reprocesamiento de residuos nucleares

Un investigador de los Laboratorios Nacionales Sandia examina viales de SOMS (Sandia Octahedral Molecular Sieve), una zeolita que muestra potencial para la limpieza de desechos radiactivos y metales industriales.

Las zeolitas se han utilizado en métodos avanzados de reprocesamiento nuclear , donde su capacidad microporosa para capturar algunos iones mientras permite que otros pasen libremente permite que muchos productos de fisión se eliminen eficientemente de los desechos y queden atrapados permanentemente. Igualmente importantes son las propiedades minerales de las zeolitas. Su construcción de aluminosilicato es extremadamente duradera y resistente a la radiación, incluso en forma porosa. Además, una vez cargados con productos de fisión atrapados, la combinación de zeolita y desechos se puede prensar en caliente hasta obtener una forma cerámica extremadamente duradera, cerrando los poros y atrapando los desechos en un bloque de piedra sólido. Este es un factor de forma de residuo que reduce en gran medida su peligro, en comparación con los sistemas de reprocesamiento convencionales. Las zeolitas también se utilizan en la gestión de fugas de materiales radiactivos. Por ejemplo, tras el desastre nuclear de Fukushima Daiichi , se arrojaron sacos de arena con zeolita al agua de mar cerca de la central eléctrica para adsorber el cesio-137 radiactivo que estaba presente en niveles elevados. [29]

Separación y almacenamiento de gases.

Las zeolitas tienen el potencial de proporcionar una separación precisa y específica de gases, incluida la eliminación de H 2 O, CO 2 y SO 2 de corrientes de gas natural de baja ley . Otras separaciones incluyen gases nobles , N 2 , O 2 , freón y formaldehído .

Los sistemas generadores de oxígeno a bordo (OBOGS) y los concentradores de oxígeno utilizan zeolitas junto con la adsorción por cambio de presión para eliminar el nitrógeno del aire comprimido y suministrar oxígeno a las tripulaciones aéreas en altitudes elevadas, así como suministros de oxígeno domésticos y portátiles. [30]

Animación de adsorción por cambio de presión, (1) y (2) que muestra adsorción y desorción alternas

Los sistemas concentradores de oxígeno a base de zeolita se utilizan ampliamente para producir oxígeno de grado médico. La zeolita se utiliza como tamiz molecular para crear oxígeno purificado a partir del aire utilizando su capacidad para atrapar impurezas, en un proceso que implica la adsorción de nitrógeno, dejando oxígeno altamente purificado y hasta un 5% de argón.

El grupo alemán Fraunhofer eV anunció que había desarrollado una sustancia zeolita para su uso en la industria del biogás para el almacenamiento a largo plazo de energía con una densidad cuatro veces mayor que la del agua. [31] [ se necesita una fuente no primaria ] [32] [33] En última instancia, el objetivo es almacenar calor tanto en instalaciones industriales como en pequeñas centrales combinadas de calor y energía, como las que se utilizan en edificios residenciales más grandes.

Debbie Meyer Green Bags , un producto de almacenamiento y conservación de productos agrícolas, utiliza una forma de zeolita como ingrediente activo. Las bolsas están revestidas con zeolita para adsorber etileno , cuyo objetivo es retardar el proceso de maduración y extender la vida útil de los productos almacenados en las bolsas.

También se ha añadido clinoptilolita a la comida de los pollos: la absorción de agua y amoníaco por la zeolita hacía que los excrementos de las aves fueran más secos y menos olorosos, por lo que eran más fáciles de manipular. [34]

Las zeolitas también se utilizan como tamiz molecular en bombas de vacío de tipo criosorción . [35]

Almacenamiento y uso de energía solar.

Las zeolitas se pueden utilizar para almacenar termoquímicamente el calor solar obtenido de los colectores solares térmicos , como lo demostró por primera vez Guerra en 1978 [36] y para la refrigeración por adsorción , como lo demostró por primera vez Tchernev en 1974. [37] En estas aplicaciones, su alto calor de adsorción y Se explota la capacidad de hidratar y deshidratar mientras se mantiene la estabilidad estructural. Esta propiedad higroscópica , junto con una reacción exotérmica (liberación de energía) inherente al pasar de una forma deshidratada a una forma hidratada, hace que las zeolitas naturales sean útiles para recolectar el calor residual y la energía térmica solar. [ se necesita fuente no primaria ]

Materiales de construcción

Las zeolitas sintéticas se utilizan como aditivo en el proceso de producción de hormigón asfáltico de mezcla tibia . El desarrollo de esta aplicación comenzó en Alemania en los años 1990. Ayudan a disminuir el nivel de temperatura durante la fabricación y colocación del hormigón asfáltico, lo que se traduce en un menor consumo de combustibles fósiles y, por tanto, libera menos dióxido de carbono , aerosoles y vapores. El uso de zeolitas sintéticas en mezclas asfálticas en caliente facilita la compactación y, hasta cierto punto, permite pavimentar en climas fríos y realizar recorridos más largos.

Cuando se agregan al cemento Portland como puzolana , pueden reducir la permeabilidad al cloruro y mejorar la trabajabilidad. Reducen el peso y ayudan a moderar el contenido de agua al tiempo que permiten un secado más lento, lo que mejora la resistencia a la rotura. [38] Cuando se añaden a morteros de cal y morteros de cal-metacaolín, los gránulos de zeolita sintética pueden actuar simultáneamente como material puzolánico y depósito de agua. [39] [40]

Arena para gatos

La arena para gatos no aglomerante suele estar hecha de zeolita (o diatomita ), una forma de la cual, inventada en el MIT , puede secuestrar el gas de efecto invernadero metano de la atmósfera. [41]

Agente hemostático

La formulación original del agente hemostático de la marca QuikClot , que se utiliza para detener hemorragias graves, [42] contenía gránulos de zeolita. Al entrar en contacto con la sangre, los gránulos absorberían rápidamente agua del plasma sanguíneo, creando una reacción exotérmica que generaba calor. La absorción de agua también concentraría los factores de coagulación presentes dentro de la sangre, haciendo que el proceso de formación del coágulo se produjera mucho más rápido que en circunstancias normales, como se muestra in vitro . [43]

La formulación 2022 de QuikClot utiliza un material no tejido impregnado con caolín , un mineral inorgánico que activa el Factor XII , acelerando a su vez la coagulación natural. [44] A diferencia de la formulación de zeolita original, el caolín no exhibe ninguna propiedad termogénica.

Tratamiento del suelo

En agricultura, la clinoptilolita (una zeolita natural) se utiliza como tratamiento del suelo. Proporciona una fuente de potasio de liberación lenta . Si previamente se carga con amonio , la zeolita puede cumplir una función similar en la liberación lenta de nitrógeno .

Las zeolitas también pueden actuar como moderadores de agua, absorbiendo hasta el 55% de su peso en agua y liberándola lentamente según la demanda de la planta. Esta propiedad puede prevenir la pudrición de las raíces y moderar los ciclos de sequía.

acuarios

Las tiendas de mascotas comercializan zeolitas para su uso como aditivos de filtrado en acuarios , [20] donde pueden usarse para adsorber amoníaco y otros compuestos nitrogenados. Deben utilizarse con cierto cuidado, especialmente con delicados corales tropicales que son sensibles a la química y la temperatura del agua. Debido a la alta afinidad de algunas zeolitas por el calcio, pueden ser menos efectivas en agua dura y pueden agotar el calcio. La filtración de zeolita también se utiliza en algunos acuarios marinos para mantener bajas las concentraciones de nutrientes en beneficio de los corales adaptados a aguas agotadas en nutrientes.

Dónde y cómo se formó la zeolita es una consideración importante para las aplicaciones en acuarios. En la mayor parte del hemisferio norte, las zeolitas naturales se formaron cuando la lava fundida entró en contacto con el agua de mar, "cargando" así la zeolita con iones de sacrificio de Na (sodio). El mecanismo es bien conocido por los químicos como intercambio iónico . Estos iones de sodio pueden ser reemplazados por otros iones en solución, de ahí la absorción de nitrógeno en amoníaco, con liberación de sodio. Un depósito cerca de Bear River en el sur de Idaho es una variedad de agua dulce (Na <0,05%). [45] Las zeolitas del hemisferio sur generalmente se forman en agua dulce y tienen un alto contenido de calcio. [46]

Especies minerales

Un espécimen combinado de cuatro especies de zeolita. Los cristales radiantes de natrolita están protegidos en una bolsa con estilbita asociada. La matriz alrededor y encima de la bolsa está revestida con pequeños cristales de laumontita de color rosa. La heulandita también está presente como un grupo de cristales en la parte posterior.

El grupo estructural de las zeolitas ( clasificación Nickel-Strunz ) incluye: [4] [16] [47] [48] [49]

Estudio computacional

Los cálculos informáticos han predicho que son posibles millones de estructuras hipotéticas de zeolita. Sin embargo, hasta ahora solo se han descubierto y sintetizado 232 de estas estructuras, por lo que muchos científicos de zeolitas se preguntan por qué solo se observa esta pequeña fracción de posibilidades. Este problema suele denominarse "el problema del cuello de botella". [ cita necesaria ] Actualmente, varias teorías intentan explicar el razonamiento detrás de esta pregunta.

  1. La investigación sobre la síntesis de zeolita se ha concentrado principalmente en métodos hidrotermales; sin embargo, se pueden sintetizar nuevas zeolitas utilizando métodos alternativos. Los métodos de síntesis que han comenzado a ganar uso incluyen la modificación postsintética asistida por microondas y el vapor.
  2. Las simulaciones geométricas por ordenador han demostrado que las estructuras de zeolita descubiertas poseen un comportamiento conocido como "ventana de flexibilidad". Esto muestra que existe un rango en el que la estructura de la zeolita es "flexible" y puede comprimirse pero conserva la estructura estructural. Se sugiere que si un marco no posee esta propiedad, entonces no se puede sintetizar de manera viable.
  3. Como las zeolitas son metaestables, ciertas estructuras pueden resultar inaccesibles ya que la nucleación no puede ocurrir porque se formarán zeolitas más estables y energéticamente favorables. Se ha utilizado la modificación postsintética para combatir este problema con el método ADOR, [50] mediante el cual las estructuras se pueden cortar en capas y volver a unir eliminando los enlaces de sílice o incluyéndolos.
  4. Basándose en sistemas modelo de cristales densos, se desarrolló la teoría de la cristalización mediante grupos de prenucleación de solutos. [51] La investigación de la cristalización de zeolita en líquidos iónicos de silicato hidratado (HSIL) ha demostrado que las zeolitas pueden nuclearse mediante la condensación de grupos de prenucleación de pares iónicos. [52] Esta línea de investigación identificó varias conexiones entre la química líquida del medio de síntesis y propiedades importantes de los cristales de zeolita, como el papel de los agentes directores de estructura inorgánicos en la selección de la estructura de la zeolita, [53] el papel del emparejamiento iónico en la zeolita composición molecular y topología, [54] y el papel de la movilidad del catión líquido en el tamaño y la morfología del cristal de zeolita. [55] En consecuencia, existen relaciones complejas entre las propiedades de los medios de síntesis de zeolita y la zeolita cristalizada, lo que potencialmente explica por qué solo se puede sintetizar una pequeña fracción de las estructuras hipotéticas de zeolita. Si bien estas relaciones aún no se comprenden completamente, la síntesis de zeolita HSIL es un sistema modelo excepcional para la ciencia de las zeolitas, que brinda oportunidades para avanzar en la comprensión actual del enigma de las zeolitas.

Ver también

Referencias

  1. ^ "Estructura de zeolita". GRACIA.com . WR Grace & Co. 2006. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2009 . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
  2. ^ abc Nayak, Yogeesha N.; Nayak, Swarnagowri; Nadaf, YF; Shetty, Nitinkumar S.; Gaonkar, Santosh L. (2020). "Reacciones de Friedel-Crafts catalizadas por zeolita: una revisión". Letras de Química Orgánica . 17 (7): 491–506. doi :10.2174/1570178616666190807101012. S2CID  201222323.
  3. ^ CronstedtAF (1756). "Zeolita natural y minerales". Svenska Vetenskaps Akademiens Handlingar Estocolmo . 17 : 120.
  4. ^ abcde "Base de datos de estructuras de zeolitas". iza-estructura.org . Asociación Internacional de Zeolita. 2017 . Consultado el 24 de mayo de 2021 .
  5. ^ "Minerales ordenados por la nueva clasificación Dana". webmineral.com . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
  6. ^ "Noticias de la Comisión de Estructura". Comisión de Estructura de IZA . 2018 . Consultado el 8 de febrero de 2018 .
  7. ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ "Una descripción general de la tecnología de modelado de zeolitas y soluciones para superar las limitaciones de difusión". Catalizadores (8): 163. 2018.
  9. ^ Patente estadounidense 4410501A, "Preparación de material sintético cristalino poroso compuesto de} óxidos de silicio y titanio", expedida el 21 de diciembre de 1979 
  10. ^ Patente estadounidense 2016243531A1, "Procesos para preparar zincoaluminosilicatos con topologías aei, cha y gme y composiciones derivadas de los mismos", publicada el 24 de febrero de 2015 
  11. ^ Shamzhy, Mariya V.; Eliašová, Pavla; Vitvarová, Dana; Opanasenko, Maksym V.; Firth, Daniel S.; Morris, Russell E. (2016). "Estabilización posterior a la síntesis de zeolitas de germanosilicato ITH, IWW y UTL mediante sustitución de Ge por Al". Química: una revista europea . 22 (48): 17377–17386. doi :10.1002/chem.201603434. hdl : 10023/11880 . PMID  27754569.
  12. ^ Patente estadounidense 5187132A, "Preparación de zeolitas de borosilicato", publicada el 16 de febrero de 1993 
  13. ^ "Incorporación de galio a zeolitas: síntesis, propiedades y aplicación catalítica". Química. Rev. (100): 2303–2405. 2000.
  14. ^ "Estructura cristalina del hidróxido de tetrapropilamonio-fosfato de aluminio número 5". ACS Sim. Ser. (218): 109-118. 1983.
  15. ^ "Síntesis hidrotermal y caracterización estructural de estructuras similares a zeolitas basadas en germanatos de galio y aluminio". Mermelada. Química. Soc. (120): 13389–13397. 1998.
  16. ^ ab Tschernich RW (1992). Zeolitas del Mundo . Prensa de geociencias. ISBN 9780945005070.
  17. ^ Dietrich RV (2005). "Thomsonita". Rocas de gemas . Consultado el 2 de octubre de 2013 .
  18. ^ Rollmann LD, Valyocsik EW, Shannon RD (1995). "Tamices moleculares de zeolita". En Murphy DW, Interrante LV (eds.). Síntesis inorgánicas: sólidos no moleculares . vol. 30. Nueva York: Wiley & Sons. págs. 227-234. doi :10.1002/9780470132616.ch43. ISBN 9780470132616.
  19. ^ "Zeolitas (naturales)" (PDF) . Resúmenes de productos minerales del USGS . 2011. Archivado (PDF) desde el original el 8 de junio de 2011 . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
  20. ^ ab Virta RL (2011). "Anuario de minerales 2009: zeolitas" (PDF) . USGS . Archivado (PDF) desde el original el 8 de junio de 2011 . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
  21. ^ Earl DJ, Considere MW (2006). "Hacia una base de datos de estructuras hipotéticas de zeolitas". Ing. de Indiana. Química. Res. 45 (16): 5449–5454. doi : 10.1021/ie0510728. ISSN  0888-5885.
  22. ^ Szostak R (1998). Tamices moleculares: principios de síntesis e identificación. Serie de Ingeniería y Ciencias de la Computación / Eléctrica de Van Nostrand Reinhold. Saltador. ISBN 9780751404807.
  23. ^ P. Chatterjee; Y. Han; T. Kobayashi; K. Verma; M. Mais; R. Behera; T. Johnson; T. Prozorov; J.Evans; II Desaceleración; W. Huang (2023). "Captura de elementos de tierras raras mediante aluminosilicato sintético MCM-22: comprensión mecanicista de la captura de Yb (III)". Aplicación ACS. Madre. Interfaces . 15 (46): 54192–54201. doi :10.1021/acsami.3c14560. PMID  37934618. S2CID  265050410.
  24. ^ Bhatia S (1989). Catalizadores de zeolita: principios y aplicaciones. Boca Ratón: CRC Press. ISBN 9780849356285.
  25. ^ Auerbach SM, Carrado KA, Dutta PK, eds. (2003). Manual de ciencia y tecnología de zeolitas . Boca Ratón: CRC Press. pag. 16.ISBN _ 9780824740207.
  26. ^ Tankersley, KB, Dunning, NP, Carr, C. et al. Purificación de agua con zeolita en Tikal, una antigua ciudad maya en Guatemala. Representante científico 10, 18021 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-75023-7
  27. ^ Química3: introducción de la química física, orgánica e inorgánica. Andrés Burrows. Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. 2009. pág. 253.ISBN _ 978-0-19-927789-6. OCLC  251213960.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace )
  28. ^ "Un nuevo proceso podría permitir un reciclaje de plásticos más eficiente". Noticias del MIT | Instituto de Tecnología de Massachusetts . 6 de octubre de 2022 . Consultado el 22 de abril de 2023 .
  29. ^ The Associated Press (16 de abril de 2011). "El nivel de materiales radiactivos aumenta cerca de la planta de Japón". Los Tiempos de la Ciudad Nueva York . ISSN  0362-4331.
  30. ^ "Sistema generador de oxígeno a bordo (OBOGS)". Honeywell.com . Honeywell International Inc. Archivado desde el original el 10 de septiembre de 2011 . Consultado el 9 de febrero de 2019 .
  31. ^ "Almacenamiento térmico compacto y flexible". Noticias de investigación de Fraunhofer . Fraunhofer-Gesellschaft. 1 de junio de 2012.
  32. ^ Pirsaheb, Megdad; Hossaini, Hiwa; Amini, Jila (2021). "Los parámetros operativos influyeron en la producción de biogás en un reactor de zeolita / anaeróbico con desconcertantes para el tratamiento de lixiviados de compost". Revista de ciencia e ingeniería de salud ambiental . 19 (2): 1743-1751. Código Bib : 2021JEHSE..19.1743P. doi :10.1007/s40201-021-00729-3. PMC 8617091 . PMID  34900303. 
  33. ^ Druzyanova, Varvara; Petrova, Sofía; Khiterkheeva, Nadezhda; Bardamova, Irina; Gergénova, Tatyana (2020). Rudoy, ​​D.; Ignateva, S. (eds.). "El uso de zeolitas para la depuración de biogás en la producción agrícola". Web de Conferencias E3S . 175 : 12012. Código Bib : 2020E3SWC.17512012D. doi : 10.1051/e3sconf/202017512012 .
  34. ^ Mumpton FA (1985). "Cap. VIII. Uso de zeolitas en agricultura" (PDF) . En Elfring C (ed.). Tecnologías biológicas innovadoras para países menos desarrollados . Washington, DC: Congreso de Estados Unidos, Oficina de Evaluación de Tecnología. LCCN  85600550. Archivado (PDF) desde el original el 10 de octubre de 2022.
  35. ^ Ventura G, Risegari L (2007). El arte de la criogenia: técnicas experimentales de baja temperatura. Elsevier. pag. 17.ISBN _ 9780080444796.
  36. ^ Patente estadounidense. No. 4.269.170, "Sistema de almacenamiento y calefacción solar por adsorción", presentada el 27 de abril de 1978, inventor: John M. Guerra
  37. ^ Patente estadounidense nº 4.034.569, presentada el 4 de noviembre de 1974, inventor: Dimiter I. Tchernev
  38. ^ Dypayan J (2007). "Clinoptilolita: una puzolana prometedora en el hormigón" (PDF) . "Una nueva mirada a una vieja puzolana" . 29ª Conferencia ICMA. Ciudad de Quebec, Canadá: Construction Materials Consultants, Inc. págs. 168–206. Archivado (PDF) desde el original el 10 de octubre de 2022 . Consultado el 7 de octubre de 2013 .
  39. ^ Andrejkovičová S, Ferraz E, Velosa AL, et al. (2012). «Morteros de cal aireada con incorporación de pellets de sepiolita y zeolita sintética» (PDF) . Acta Geodinámica y Geomaterialia . 9 (1): 79–91. Archivado (PDF) desde el original el 10/10/2022.
  40. ^ Ferraza E, Andrejkovičová S, Velosa AL, et al. (2014). "Pellets de zeolita sintética incorporados a morteros aireados de cal-metacaolín: propiedades mecánicas". Materiales de construcción y construcción . 69 : 243–252. doi :10.1016/j.conbuildmat.2014.07.030.
  41. ^ Diciembre, Ryan (14 de mayo de 2022). "La arena para gatos podría ser un antídoto contra el cambio climático, dicen los investigadores". WSJ – a través de www.wsj.com.
  42. ^ Rhee P, Brown C, Martin M, et al. (2008). "Uso de QuikClot en traumatismos para el control de hemorragias: serie de casos de 103 usos documentados". La Revista de Cirugía de Trauma y Cuidados Intensivos . 64 (4): 1093–9. doi :10.1097/TA.0b013e31812f6dbc. PMID  18404080. S2CID  24827908.
  43. ^ Li, Jing; Cao, Wei; Lv, Xiao-xing; et al. (01/03/2013). "QuikClot hemostático a base de zeolita libera calcio en la sangre y promueve la coagulación sanguínea in vitro". Acta Farmacológica Sínica . 34 (3): 367–372. doi :10.1038/aps.2012.159. ISSN  1671-4083. PMC 4002488 . PMID  23334236. 
  44. ^ "QuikClot para militares | Apósito hemostático preferido del Departamento de Defensa de EE. UU.". Teleflex Inc. 2022 . Consultado el 1 de octubre de 2023 .
  45. ^ Hongting Z, Vance GF, Ganjegunte GK y otros. (2008). "Uso de zeolitas para el tratamiento de aguas de coproducción de gas natural en Wyoming, EE.UU". Desalinización . 228 (1–3): 263–276. doi :10.1016/j.desal.2007.08.014.
  46. ^ Wang, Shaobin; Peng, Yuelian (9 de octubre de 2009). "Zeolitas naturales como adsorbentes eficaces en el tratamiento de aguas y aguas residuales" (PDF) . Revista de Ingeniería Química . 156 (1): 11–24. doi :10.1016/j.cej.2009.10.029. Archivado (PDF) desde el original el 10 de octubre de 2022 . Consultado el 13 de julio de 2019 .
  47. ^ "Base de datos de propiedades minerales". IMA . Consultado el 9 de febrero de 2019 .
  48. ^ "Clasificación de Nickel-Strunz - Grupos primarios 10ª ed". mindat.org . Consultado el 10 de febrero de 2019 .
  49. ^ Primero EL, Gounaris CE, Wei J, et al. (2011). "Caracterización computacional de redes porosas de zeolita: un enfoque automatizado". Física. Química. Química. Física. 13 (38): 17339–17358. Código Bib : 2011PCCP...1317339F. doi :10.1039/C1CP21731C. PMID  21881655.
  50. ^ Roth WJ, Nachtigall P, Morris RE, et al. (2013). "Una familia de zeolitas con tamaño de poro controlado preparadas mediante un método de arriba hacia abajo". Nat. Química. 5 (7): 628–633. Código Bib : 2013NatCh...5..628R. doi :10.1038/nchem.1662. hdl : 10023/4529 . ISSN  1755-4330. PMID  23787755.
  51. ^ Gebauer, Denis; Kellermeier, Matías; Gale, Julián D.; Bergstrom, Lennart; Cölfen, Helmut (23 de enero de 2014). "Clústeres de prenucleación como precursores de solutos en cristalización". Reseñas de la sociedad química . 43 (7): 2348–2371. doi : 10.1039/C3CS60451A . hdl : 20.500.11937/6133 . PMID  24457316.
  52. ^ Pellens, Nick; Doppelhammer, Nikolaus; Radhakrishnan, Sambhu; Asselman, Karel; Chandran, C. Vinod; Vandenabeele, seca; Jakoby, Bernhard; Martens, Johan A.; Taulelle, Francisco; Reichel, Erwin K.; Breynaert, Eric; Kirschhock, Christine EA (2022). "Nucleación de cristales porosos a partir de grupos de prenucleación de pares de iones". Química de Materiales . 34 (16): 7139–7149. doi :10.1021/acs.chemmater.2c00418. PMC 9404542 . PMID  36032557. 
  53. ^ Asselman, Karel; Pellens, Nick; Radhakrishnan, Sambhu; Chandran, C. Vinod; Martens, Johan A.; Taulelle, Francisco; Verstraelen, Toon; Hellstrom, Matti; Breynaert, Eric; Kirschhock, Christine EA (4 de agosto de 2021). "Superiones de cationes de sodio con aniones de hidróxido hidratado: agentes directores de estructura inorgánicos en la síntesis de zeolitas". Horizontes de Materiales . 8 (9): 2576–2583. doi :10.1039/D1MH00733E. hdl : 1854/LU-8740859 . PMID  34870303. S2CID  238722345.
  54. ^ Asselman, Karel; Pellens, Nick; Thijs, Bárbara; Doppelhammer, Nikolaus; Haouas, Mohamed; Taulelle, Francisco; Martens, Johan A.; Breynaert, Eric; Kirschhock, Christine EA (2022). "Los pares de iones en líquidos de síntesis de aluminosilicato-álcali determinan el contenido de aluminio y la topología de las zeolitas cristalizadas". Química de Materiales . 34 (16): 7150–7158. doi :10.1021/acs.chemmater.2c00773. PMC 9404546 . PMID  36032556. 
  55. ^ Pellens, Nick; Doppelhammer, Nikolaus; Thijs, Bárbara; Jakoby, Bernhard; Reichel, Erwin K.; Taulelle, Francisco; Martens, Johan A.; Breynaert, Eric; Kirschhock, Christine EA (2022). "Un modelo de cristalización de zeolita confirmado por observación in situ". Discusiones de Faraday . 235 : 162–182. Código Bib : 2022FaDi..235..162P. doi :10.1039/D1FD00093D. PMID  35660805. S2CID  245465624.

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  1. ^ Breck DW (1973). Tamices moleculares de zeolita: estructura, química y uso. Wiley. ISBN 9780471099857.