Hydrothermalsynthese ausgewählter Zeolithe und ihre Charakterisierung durch Adsorption

Abstract

Durch Alterung der Ausgangslösungen konnten sehr große Kristalle von Zeolith X (FAU) mit einer Kristallitgröße von 190 µm synthetisiert werden.

Die Synthese der Zeolithe Ferrierit (FER) und Mordenit (MOR) ohne organische Template war Gegenstand weiterer Untersuchungen. Ferrierit konnte dabei mit nSi / nAl-Verhältnissen von 5,49 bis 8,24 hergestellt werden. Bei niedrigen nSi / nAl-Verhältnissen war die Gegenwart von Bayerit während der Synthese notwendig. Ersetzte man Kalium- durch Ammoniumionen, so konnte phasenreiner Zeolith ZSM-5 (MFI) erhalten werden. Eine Anhebung des Gesamtalkali-Gehaltes im Gel führte zu Zeolith Mordenit.

Zeolith NU-87 (NES) wurde mit elementarem Aluminium innerhalb von 21 Tagen phasenrein hergestellt. Durch Verwendung dieses Produkts als Impfkristalle konnte die Kristallisationsdauer einer anderen Methode auf sechs Tage reduziert werden.

Des Weiteren wurde die konkurrierende Adsorption von 2-Methylpentan, n-Hexan, 2,4-Dimethylpentan, 2,2,4-Trimethylpentan und n-Nonan untersucht. Durch Anwendung eines einfachen mathematischen Modells konnte der Kurvenverlauf angepasst werden. Die größten Beladungen wurden bei Zeolith Na-X erreicht. Bei der Adsorption an Zeolith Mordenit kam es nur zum Durchbruch, keines der Adsorbate wurde verdrängt. Bei den Zeolithen Na-EU-1 (EUO) und Na-NU-87 konnte das Adsorptionsverhalten der Mischungen sehr gut mit den unterschiedlichen Porenstrukturen erklärt werden. Die Messungen an Zeolith Na-ZSM-5 zeigten, dass die Adsorptive entsprechend dem Grad ihrer Verzweigung von n-Nonan verdrängt wurden. Isooktan fand keinen Zugang zum Porensystem. In den engen Poren des Zeolith Na-Ferrierit wurden nur noch die unverzweigten Moleküle in geringem Maße adsorbiert.

Im Anschluss an die Adsorption wurde an den beladenen Proben temperaturprogrammierte Desorption durchgeführt. Durch Anwendung eines weiteren mathematischen Modells wurden die erhaltenen TPD-Kurven ebenfalls angepasst. Dies war sehr hilfreich bei der Interpretation der beobachteten Effekte.

Aging of starting solutions led to crystals of zeolite X (FAU) with 190 µm size.

Additionally, the Synthesis of zeolites ferrierite (FER) and mordenite (MOR) without organic templates was studied. Zeolite ferrierite was obtained with nSi / nAl ratios between 5.49 and 8.24. In case of low nSi / nAl ratios during the synthesis the presence of bayerite was necessary. Substitution of ammonium for potassium ions led to pure zeolite ZSM-5 (MFI). By increasing the total amount of alkali, zeolite mordenite was obtained.

Zeolite NU-87 (NES) was synthesized during 21 days using metallic Aluminum. Using the obtained product for seeding, crystallization time of a different method could be reduced to six days.

Additionaly, the competitive adsorption of n-nonane, 2,2,4-trimethylpentane, 2,4-dimethylpentane, n-hexane, and 2-methylpentane was investigated. Breakthrough curves were fitted applying a mathematical model.

The highest loadings were reached in case of zeolite Na-X. Only breakthrough was observed in the experiments with zeolite mordenite. None of the adsorptives were displaced. The behaviour of the zeolites Na-EU-1 (EUO) and Na-NU-87 during adsorption was in good accordance to the structure of their pore systems. Experiments with zeolite Na-ZSM-5 showed that the adsorptives were displaced by n-nonane according to their degree of branching. Iso-octane was to bulky to enter pore entrances. Only low amounts of unbranched molecules were adsorbed in the narrow pore system of zeolite Na-ferrierite.

Subsequently, after adsorption experiments temperature programmed desorption experiments were performed with the loaded samples. By applying an additional mathematical model curve fitting of the obtained TPD curves was possible. This was very helpful by the interpretation of the observed effects.