1.3 Zeolite
1.3.4 Cấu trúc của zeolite
Zeolite có cấu trúc tinh thể, sự khác nhau trong mạng tinh thể của các loại zeolite là do điều kiện tổng hợp, thành phần nguyên liệu, sự trao đổi các cation kim loại tại vị trí các nút mạng tạo nên.
15
Zeolite hình thành dựa trên những đơn vị cấu trúc cơ bản MO4 là tứ diện silica [SiO4]4- và tứ diện alumina [AlO4]5- liên kết với nhau qua các đỉnh oxy chung. Các đơn vị cấu trúc sơ cấp là giống nhau trong mọi loại zeolite (Tâm là silic hoặc nhơm, đỉnh là oxi).
Hình1.4: Cấu trúc sơ cấp của zeolite: tứ diện SiO4 (a), AlO4-
(b)
Mỗi tứ diện liên kết với các tứ diện cịn lại thơng qua ngun tử Oxy ở đỉnh của mỗi tứ diện tạo nên các mối liên kết –Si-O-Si hoặc –Si-O-Al- ( theo quy tắc Lowenstein).
Hình 1.5: Liên kết trong cấu trúc zeolite
Các tứ diện có thể dùng chung các số oxy khác nhau tạo nên các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU khác nhau gồm 4,6,8,10 và 12 tứ diện hoặc hình thành từ các vịng kép 4x2, 6x2.. tứ diện. Điều đó làm cho zeolite trở nên đa dạng.
16
Hình 1.6: Cấu trúc thứ cấp SBU của zeolite
Khi tất cả oxy trong tứ diện SiO4 đã được dùng chung thì tứ diện silica sẽ trung hòa điện. Sự thay thế Si (IV) bằng Al (III) làm xuất hiện trong cấu trúc zeolite một điện tích âm. Để trung hịa điện tích âm đó, trong zeolite có các cation dương bù trừ điện tích âm, thường là Na+, K+, Ca2+, Mg2+. Và cũng chính nhờ sự có mặt của các cation này mà zeolite có tính chất trao đổi ion.
Hình 1.7: Đơn vị sodalite (trái)
17