Nye Kemiske Horisonter - Danmarks Tekniske Universitet: Kemisk ...

More documents

Recommendations

Info

Figur 3. MFI og MEL zeolitter hvor porernes arkitektur er illustreret med balloner. (Foto: Susanne Helmark) 5– udskiftet af AlO -enheder. Da aluminium 4 har et lavere oxidationstrin (+3) end silicium (+4) vil det resulterende zeolitnetværk have et antal negative ladninger, svarende til antallet af siliciumatomer der er erstattet af aluminiumatomer. For at opnå en ladningsneutral zeolit er der således behov for kationer som f.eks. Na + + 2+ 2+ , NH , Mg eller Ca til at neutrali- 4 sere netværket. Når simple kationer som disse indgår i zeolitterne, siges de derfor at være ladningskompenserende kationer. Ladningskompenserende kationer er derfor forskellige fra strukturelle kationer som Al3+ , som jo indgår i zeolitnetværket ved en såkaldt isomorf substitution af Si. Den kemiske formel for en zeolit, hvor nogle af siliciumatomerne er udskiftet med aluminiumatomer, er: M x/n (AlO 2 ) x · SiO 2 hvor M er den ladningskompenserende kation, n er ladningen af denne og x er antallet af aluminiumatomer i zeolitten. Udover aluminium kan siliciumatomerne også erstattes af andre metaller eller ikke-metaller, som f.eks. gallium, titan og phosphor. Molekylesier i miljøets tjeneste De ladningskompenserende kationer er relativt svagt bundet til zeolitnetværket. Derfor kan de forholdsvis nemt skiftes ud med andre kationer. Ionbytning af en kation med en anden, dvs. udskiftning, foretages ganske enkelt ved at behandle zeolitten med en vandig opløsning indeholdende den ønskede kation i høj koncentration. Ønsker man f. eks. at ionbytte Na + + med NH kan man behandle zeolitten med en 4 1 M opløsning af NH NO . 4 3 MFI-Na + + - + + + NH → MFI NH4 + Na 4 Det er nu ikke kun ionkoncentrationer, der spiller en rolle i forbindelse med ionbytning af de ladningskompenserende kationer. Også kationernes størrelse, zeolittens kanalgeometri og i høj grad også dens kemiske sammensætning er vigtige faktorer. For eksempel binder zeolit A, kaldet LTA, Ca 2+ og Mg 2+ ioner meget stærkere end Na + ioner, hvilket danner baggrund for denne zeolits anvendelse som blødgører i vaskepulver. Under tøjvask vil Na + ionerne i Na + -holdig zeolit A nemlig ionbyttes med de ”hårde” Ca 2+ og Mg 2+ ioner, da de sidstnævnte bindes stærkere til zeolitnetværket. Molekylesier – De vises sten 63
64 Et reaktionsskema for udskiftning af Na + med Ca 2+ kan skrives således: LTA 2- 2Na + (s) + Ca 2+ (aq) → LTA 2- Ca 2+ (s) + 2 Na + (aq) hvor LTA betegner zeolitten. Bemærk, at antallet af negative ladninger på zeolitstrukturen blot kan tilpasses til det støkiometrisk krævede, da der jo er næsten uendeligt mange ionbytningspladser i en zeolitkrystal. Og jo blødere vaskevand er, dvs. jo lavere dets indhold af Ca 2+ og Mg 2+ ioner, desto mindre vaskeaktive stoffer skal der anvendes til en tøjvask. Vaskepulver indeholdende Na + -holdig zeolit A indeholder således også mindre mængder vaskeaktive stoffer, og belaster derved miljøet mindre end vaskepulver, der ikke indeholder blødgørere. Der anvendes årligt ca. 500.000 tons zeolitter til brug i vaskepulver. Zeolitters egenskaber som ionbyttere anvendes + også til spildevandsrensning for at fjerne NH4 ioner, før spildevandet ledes ud i åer og søer. På rensningsanlæg føres spildevandet gennem kolonner pakket med f.eks. den naturligt forekommende zeolit klinoptilolit, som har en høj + affi nitet for NH ioner. Således kan koncen- 4 + trationen af NH ioner reduceres til mindre 4 end 2 ppm. Klinoptilolit er den eneste naturligt forekommende zeolit, der benyttes kommercielt i større skala. Faste syrer og heterogene katalysatorer Zeolitters måske vigtigste anvendelser er som heterogene katalysatorer i raffi naderiprocesser og i den kemiske industri. Langt de fl este af disse anvendelser er baseret på nogle zeolitters evne til at fungere som faste syrer. Vi kender alle væskeformige syrer som svovlsyre og saltsyre, som jo er syrer, fordi de kan protonisere molekyler som f.eks. vand eller ammoniak. På Molekylesier – De vises sten samme måde kan sure zeolitter også protonisere molekyler, hvis zeolitten vel at mærke har protoner at donere. Og det er netop, hvad de har, hvis den ladningskompenserende kation i zeolitstrukturen er H + . Figur 4 viser en model af det såkaldte sure site, som opstår når H + virker som ladningskompenserende kation. Figur 4. Sur site. Antallet af sure sites i zeolitten hænger altså nøje sammen med antallet af aluminiumatomer, der fi ndes i zeolitstrukturen. Der er netop ét surt site for hvert aluminium, som er substitueret ind i zeolitten. I praksis er grænsen for antallet af aluminiumatomer, der kan substitueres ind i en zeolit givet ved Löwensteins regel, der siger, at aluminiumatomer aldrig kan være naboer. Der fi ndes altså ikke Al-O-Al bindinger i en zeolit, og derved bliver forholdet mellem Al/Si maksimalt på 1. Normalt er det således ret let at regulere, hvor mange sure sites en zeolit skal have, da man ganske simpelt kan justere forholdet mellem silicium og aluminium i en zeolit under dens fremstilling. Sure zeolitter anvendes som katalysatorer i rigtig mange vigtige processer, f.eks. til krakning af råolie (se boks 2). Foruden egenskaber som faste syrer er det i industriel sammenhæng afgørende, at man også kan udnytte zeolitters molekylesiegenskaber. Det er nemlig sådan, at zeolitternes veldefi nerede strukturer, ikke mindst deres porestruktur, bevirker, at de udviser en særlig form for selektivitet, kaldet formselektivitet. Denne formselektivitet opstår, fordi størrelsen og geometrien af zeolittens porer sætter fysiske grænser for, hvilke reaktioner der rent faktisk
Page 1 and 2:
Nye Kemiske Horisonter
Page 5 and 6:
Stor tak til Carlsbergs Mindelegat
Page 7 and 8:
Er du også på vej mod mod nye kem
Page 10 and 11:
Af ph.d. studerende Anne Mette Frey
Page 12 and 13:
Alternative energikilder I dag fi n
Page 14 and 15: Oxygen Fuldstændig forbrænding Ov
Page 16 and 17: Kapitlets forfattere: Fra venstre p
Page 18 and 19: Tabel 1. I tabellen ses hvor meget
Page 20 and 21: Plantebestanddele Vigtige byggesten
Page 22 and 23: kelforurening og store lugtgener. D
Page 24: har en stor betydning for luftkvali
Page 27 and 28: 26 Af ph.d. studerende Lars Ulrik N
Page 29 and 30: 28 F O + O H N NH Figur 3. I fi gur
Page 31 and 32: En bakterie kommer ind i kroppen Kr
Page 33 and 34: 32 HOOC NH2 Ab 38C2 HOOC NH O Figur
Page 35 and 36: 34 Organokatalyse Som vi så i forr
Page 37 and 38: 36 Som det ses i fi gur 10, er den
Page 39 and 40: 38 O O Ved reduktion af en dobbeltb
Page 41 and 42: 40 Ved reaktionen vist på fi gur 1
Page 44 and 45: Af civilingeniør-studerende Andrea
Page 46 and 47: Ioniske væsker er - i modsætning
Page 48 and 49: Hvorfor er ioniske væsker væsker?
Page 50 and 51: mindelige fysiske egenskaber sammen
Page 52 and 53: afsvovlet diesel
Page 54 and 55: teressante. Ioniske væsker har nem
Page 56 and 57: Ofte består homogene katalysatorer
Page 58: Figur 11. Ved BASF’s BASIL proces
Page 61 and 62: 60 Af specialestuderende Sofi e Egh
Page 63: 62 Disse tetraedre danner 3-dimensi
Page 67 and 68: 66 kan foregå inde i strukturen. I
Page 69 and 70: 68 Katalysatorer til en drømmereak
Page 71 and 72: 70 Zeolitter i fremtiden Verden ove
Page 74 and 75: Computerkemi - en opdagelsesrejse i
Page 76 and 77: Tempoet gjorde det umuligt at forud
Page 78 and 79: Figur 3: De to systemer, som kunne
Page 80 and 81: sig den øgede kompleksitet, når d
Page 82 and 83: Kapitlets forfattere: Civilingeniø
Page 84 and 85: Vi har også gennemført nogle bere
Page 86 and 87: Bæredygtig kemi i fremtiden 85
Page 88: Figur 19. Det sidste TS-kompleks er
Page 91 and 92: 90 Af ph.d. studerende Johan Hygum
Page 93 and 94: 92 1.000.000 € 100.000 € 10.000
Page 95 and 96: 94 spalter vand (fi gur 3). For nyl
Page 97 and 98: 96 Eddikesyre 2,4 Mtons 12% MTBE 9,
Page 99 and 100: 98 O NH3, H2O2 katalysator Figur 8.
Page 101 and 102: 100 HO O HO OH HO O OH Figur 9. Str
Page 103 and 104: 102 HO HO O H 2N O Figur 11. Syntes
Page 105 and 106: 104 DDT (Dichlordiphenyltrichloreth
Page 107 and 108: 106 ihjel. Et sekundært pesticid k
Page 109 and 110: 108 Tabel 1. Top-10 over de mest s
Page 111 and 112: 110 H 3C Figur 16. Tidlige HMGR-hæ
Page 113 and 114: 112 H 3C H 3C O HO H H O O O Figur
Page 115 and 116:
114 Bæredygtig kemi i fremtiden
Page 117 and 118:
116 af sygdommen. En tidligere bete
Page 119 and 120:
118 Me O Ph N Ph Figur 3. Semisynte
Page 121 and 122:
120 Isolation Et naturstof isoleres
Page 123 and 124:
122 O O H HO OH OH OH HO OH O OH Ph
Page 125 and 126:
124 Epothilone A og B Flere interes
Page 127 and 128:
126 til for at holde den usynlige t
Page 129 and 130:
128 O H N SiMe2t-Bu S S Figur 13. M
Page 131 and 132:
130 sistens er et problem, der ikke
Page 133 and 134:
132 tibiotikum med en hidtil uovert
Page 135 and 136:
134 Solceller - et strålende svar
Page 137 and 138:
136 den, nemlig 1,7·10 5 TW. Hvis
Page 139 and 140:
138 Solceller i praksis Inden for s
Page 141 and 142:
140 Kapitlets forfattere er fra ven
Page 143 and 144:
142 Siliciumsolceller Langt den mes
Page 145 and 146:
144 hvorved der dannes et elektron-
Page 147 and 148:
146 sorbere synligt lys således, a
Page 149 and 150:
148 Kan man fi lme en kemisk reakti
Page 151 and 152:
150 Kemi - hvad er det? Før vi gå
Page 153 and 154:
152 hvilket ledte ham til opdagelse
Page 155 and 156:
154 Kapitlets forfattere er fra ven
Page 157 and 158:
156 Figur 4. Skematisk illustration
Page 159 and 160:
158 Eksempel 1. Det første trin i
Page 161 and 162:
160 alise-ringer af processen, dvs.
Page 163 and 164:
162 Bæredygtig kemi i fremtiden
Page 165 and 166:
164 Af civilingeniør-studerende Na
Page 167 and 168:
166 Hvad er polymerer? Polymerer er
Page 169 and 170:
168 Bæredygtig kemi i fremtiden Fi
Page 171 and 172:
170 DBS - PPy Figur 7. Polypyrrol d
Page 173 and 174:
172 Cyklisk Voltammetri (CV) Metode
Page 175 and 176:
174 Faktorer der påvirker ionvandr
Page 177 and 178:
176 Kationstørrelse og valens: Det
Page 179 and 180:
178 100 80 60 40 20 Kraft pr. Areal
Page 181 and 182:
180 Ordliste aldolase enzym der kat
Page 183:
182 phenylringe benzenringe polypep
show all

Nye Kemiske Horisonter - Danmarks Tekniske Universitet: Kemisk ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?