Rodniki hydroksylowe przyspieszają tworzenie zeolitów

Ilustracja: Guodong Feng/phys.org

Zeolity to porowate materiały stosowane jako katalizatory, adsorbenty i wymieniacze jonowe, m.in. w filtrach wodnych oraz detergentach. Zazwyczaj zeolity powstają w laboratorium poprzez zastosowanie procesu zol-żel, który obejmuje kilkudniowe spiekanie mieszaniny glinokrzemianów. Proces krystalizacji polega na tworzeniu wiązań, ich rozrywaniu i ponownym formowanie, szczegóły tego mechanizmu są jednak w dużej mierze nieznane.

Naukowcy z Uniwersytetu Kirin w Chinach wyjaśnili część mechanizmu krystalizacji zeolitu i wykazali, że formowane za pomocą promieniowania UV wolne rodniki hydroksylowe umożliwiają tworzenie wysoceskrystalizowanych zeolitów w krótszym czasie niż w standardowej syntezie. W trakcie swoich badań, chińscy naukowcy porównywali dwa podejścia do tworzenia zeolitów. Pierwszym podejściem była synteza w warunkach promieniowania UV, a drugie podejście opierało się na syntezie w warunkach ciemności. Dyfraktrometria rentgenowska (XRD) oraz mikroskopia elektronowa (SEM) pozwoliły wykazać, że struktury zeolitowe wytworzone zostały po 24 godzinach procesu przebiegającego w warunkach „światła", podczas gdy w tym samym czasie w warunkach braku oświetlenia występowały struktury w stanie amorficznym (bezpostaciowym). Następnym krokiem badaczy było testowanie różnych gęstości promieniowania UV i ich wpływu na powstające struktury zeolitowe. Testowano również zmniejszone masy molowe poszczególnych substratów reakcji, w ten sposób jednocześnie zmniejszało się stężenie rodników hydroksylowych i możliwe było dokładniejsze badanie całego mechanizmu powstawania zeolitów. Jak zaznaczono w artykule opisującym chińskie badania, innym sposobem tworzenia zeolitów jest reakcja Fentona, czyli reakcja nadtlenku wodoru z jonem żelaza(II). Naukowcy potwierdzili, ze reakcja Fentona umożliwia powstawanie wyższego stężenia rodników hydroksylowych i jeszcze szybsze powstawanie zeolitów, nawet w porównaniu z procesem zachodzącym w warunkach promieniowania UV.

Wreszcie naukowcy zbadali, czy obecność rodników hydroksylowych wpływa zarówno na nukleację (zarodkowanie) krystalizacji jak i na wzrost kryształów czy tylko na jeden z tych etapów. Wyniki potwierdziły, iż zwiększone stężenie rodników hydroksylowych wpływa na przyspieszenie procesu nukleacji, faza wzrostu jest natomiast niezmienna.

Powyżej przedstawione wyniki, opublikowane w czasopiśmie Scence dostarczają cennych informacji na temat tworzenia zeolitów i możliwości zwiększania wydajności tego procesu.

(pj)