Forscher entwickeln einen neuen 3D-Zeolith mit extragroßen Poren, der einen neuen Weg zur Dekontaminierung von Wasser und Gas eröffnet

Ein internationales Forscherteam hat unter Beteiligung des Spanischen Nationalen Forschungsrates (CSIC) den bisher porösesten stabilen Zeolith hergestellt, einen neuen reinen Silica-Zeolith namens ZEO-3. Dieser Zeolith wurde durch eine beispiellose topotaktische Kondensation einer 1D-Silikatkette zu einem 3D-Zeolith gebildet.

Der Prozess ist topotaktisch, da die Struktur der Kette nicht verändert wird. Es kann angewendet werden, um flüchtige organische Verbindungen aus einem Gasstrom zu entfernen und zurückzugewinnen, der sogar Wasser enthalten kann. Die Entdeckung, zu der Wissenschaftler des Institute of Materials Sciences of Madrid (ICMM-CSIC) und des Institute of Nanoscience and Materials of Aragon (INMA-CSIC-UNIZAR) beigetragen haben, wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

Zeolithe sind mikroporöse Silikate, die vielfältige Anwendungen als Katalysatoren, Adsorptionsmittel und Kationenaustauscher finden. Stabile Zeolithe auf Siliziumdioxidbasis mit erhöhter Porosität sind gefragt, um die Adsorption und Verarbeitung großer Moleküle zu ermöglichen, „fordern aber unsere Synthesefähigkeit heraus“, erklärt Miguel Camblor, Forscher am ICMM und einer der entsprechenden Autoren der Forschung.

Da die Poren der Zeolithe die Größe kleiner Moleküle haben, ist die Größe der Moleküle, die Sie verarbeiten können, begrenzt. Aus diesem Grund wurde immer nach Zeolithen mit größeren Poren gesucht und insbesondere nach solchen mit Poren entlang dreier Dimensionen. „Wenn Sie eine Pore nur in einer Richtung haben, selbst wenn sie groß ist, kann sie leicht blockiert werden, aber wenn Sie sie in allen Dimensionen haben, ist es schwierig“, sagt Camblor.

Nach mehr als 80 Jahren intensiver internationaler Forschung auf diesem Gebiet hat dieses Team den porösesten stabilen Zeolith geschaffen, der bisher bekannt ist. „Bisher waren die Zeolithe mit extragroßen Poren nicht stabil, da sie aus Germanium statt Silizium hergestellt wurden“, sagt er. Frühere stabile Zeolithe konnten bis zu 7 Angström erreichen.

Letztes Jahr veröffentlichte dieses Forscherteam einen weiteren Artikel in Wissenschaft über einen neuen Zeolith mit Aluminium und großen Poren (ZEO-1). Nun hat der neue Zeolith eine Zusammensetzung aus reinem Siliziumdioxid. „In beiden Zeolithen, ZEO-1 und ZEO-3, gibt es Poren, die mehr als 10 Angström erreichen“, sagt Camblor.

Die Besonderheiten von ZEO-3

Dieser neue Zeolith hat zwei Besonderheiten: extragroße Poren in allen drei Dimensionen und er entsteht durch die Synthese durch Calcinierung eines eindimensionalen Kettensilikats in einer topotaktischen Kondensation (dh er wurde ohne Veränderung dieser Kette hergestellt).

„Das war noch nie zuvor gesehen worden“, sagt Camblor. „Es waren zweidimensionale bis dreidimensionale topotaktische Kondensationen bekannt, das heißt, ein Ding, das lamellar war und durch einen ähnlichen Mechanismus zu einem Zeolith kondensierte, aber nicht von eindimensional zu dreidimensional“, fügt er hinzu.

Nach der Herstellung dieses Zeoliths begann das Team mit Forschern auch aus Schweden, China und den USA, mit seinen Eigenschaften zu experimentieren. „Da es sich um ein Material handelt, das reines Siliziumdioxid ist, hat es keine katalytische Kapazität, aber es hat die Fähigkeit, sehr große Dinge zu absorbieren. Großes organisches Zeug“, sagt Camblor.

„Dieser Zeolith kann verwendet werden, um flüchtige organische Verbindungen aus einem Gasstrom zu entfernen und zurückzugewinnen, der sogar Wasser enthalten kann“, erklärt er. „An einem Standort, an dem schädliche flüchtige organische Materialien produziert werden, können Sie dekontaminieren und sie nicht nur entfernen, sondern den Schadstoff zurückgewinnen“, erläutert Camblor. Mit weiterer Forschung könnte dieser Zeolith auch bei der Katalyse und bei der Arzneimittelabgabe nützlich sein.