1. Cấu trỳc zeolit
Zeolit là cỏc aluminosilicat tinh thể cú cấu trỳc lỗ xốp đặc biệt và rất đồng đều. Vỡ vậy cho phộp chỳng phõn chia phõn tử theo hỡnh dạng và kớch thước.
Cỏc zeolit tự nhiờn và zeolit tổng hợp đều cú bộ khung được tạo thành bởi mạng lưới khụng gian theo chiều là cỏc tứ diện TO4( T là Al hoặc Si ).
Đơn vị cơ sở trong mạng lưới cấu trỳc của zeolit là cỏc tứ diện TO4. Trong đú T là cỏc nguyờn tử Si hoặc Al, 4 nguyờn tử oxi ở dạng O2- bao
quanh một cation T. O2 _ o 2_ O 2_ O 2_ O O2 _ O2 _ O2 _ o 2_ O Si Al3+ 4+ _ O2 _ o 2_ O 2_ O 2_ O O2 _ O2 _ O2 _ o 2_ O Si Al3+ 4+ _ a) b)
Hỡnh 8: Cỏc đơn vị cấu trỳc sơ cấp của zeolit a) Tứ diện AlO4-, b) Tứ diện SiO4
Zeolit cú cấu truc tinh thể, sự khỏc nhau trong mạng tinh thể của cỏc loại zeolit là do điều kiện tổng hợp, thành phần nguyờn liệu, sự trao đổi cỏc cation kim loại thay thế tạo nờn.
Theo Nacache.C và nhiều tỏc giả khỏc, việc tạo thành khung cấu trỳc Zeolit là do mối liờn kết Si-0-Al hoặc Si-0-Si tao ra xung quanh mỗi ion Si4+ là 4 nguyờn tố oxi tạo thành tứ diện Si04. Tứ diện này trung hũa về điện. Trong một số tứ diện Si4+ được thay thế bằng Al3+ để tạo ra tứ diện AlO4- -.Tứ diện này cũn cú 1 điện tớch õm cũn dư và nú thường đựoc bự trừ bằng cỏc cation trao đổi như K+, Na+, Ca2+, Mg2+. Cỏc tứ diện Al04- và Si04 liờn kết với nhau một cỏch biệt qua đỉnh oxi tạo thành những đơn vị cấu trỳc cơ bản gọi là sodalit. Như vậy viờn gạch để tạo thành tất cả cỏc Zeolit là cỏc sodalit cú cấu tạo khung như hỡnh bỏt diện cụt
Hỡnh 9: Tứ diện được tạo thành từ 4 nguyờn tử oxi phõn bố xung quanh nguyờn tử Si hoặc Al
Hỡnh 10: Cấu trỳc khụng gian của bỏt diện cụt
Do Al cú hoỏ trị 3 nờn tứ diện AlO4- mang một điện tớch õm, điện tớch õm này được được bự trừ bằng cỏc cation thường là cation kim loại Me+ cation này được gọi là cation bự trừ hay cation đối. Nếu cation bự trừ cú điện tớch 1+ thỡ trong zeolit số bằng nguyờn tử Al bằng số cation. Cỏc tứ diện TO4liờn kết với nhau tạo nờn đơn vị thứ cấp SBU (secondary building unit) cỏc SBU cú thể là cỏc vũng 4, 5, 6, 8 cạnh hay cỏc vũng 4 cạnh kộp, 6 cạnh kộp, vũng spiro. Hỡnh 1o biểu diễn một số SBU trong zeolit.
.
Hỡnh 11: Một số SBU trong zeolit.
Tuỳ theo cỏch ghộp nối của cỏc SBU sẽ tạo nờn cỏc kiểu cấu trỳc khỏc nhau của zeolit. Mỗi zeolit khỏc khỏc nhau sẽ cú bộ khung cấu trỳc riờng biệt. Vớ dụ sau biểudiễn sự tạo thành zeolit A, X, Y từ các SBU của chúng.
H ố c l ớ n Z e o l i t k i ể u A L ă n g t r ụ 6 c ạ n h S o d a l i t Z e o l i t k i ể u X ( Y ) 6 4
Hỡnh 12: Sự tạo thành zeolit A, X(Y) từ cỏc SBU
2. Cấu trỳc mao quản của zeolit
Cấu trỳc mao quản của zeolit là một trong những đặc tớnh quan trọng nhất của loại xỳc tỏc này. Nú cú ý nghĩa quan trọng và xỏc định cỏc tớnh chất vật lý, húa học của zeolit.
- Hệ thống mao quản một chiều: Cỏc mao quản khụng giao nhau thuộc loại này cú analcime
Hỡnh 13: Sự ghộp nối của cỏc tứ diện
Hỡnh 14: Cỏc đơn vị lồng đa hỡnh
-Hệ thống mao quản 2 chiều:- Hệ thống mao quản 3 chiều: