Σκληρή Ύλη

Συμπυκνωμένη Ύλη Μοριακοί Ηθμοί / Πορώδη Υλικά Φυλλόμορφα Υλικά Σύνθετα Υλικά Μαγνητικά Υλικά Διηλεκτρικά Υλικά Σιδηροηλεκτρικά Υλικά Υπεραγωγοί

Πορώδη Υλικά Αποτελούνται από πόρους (κανάλια, κοιλότητες)

Πορώδη Υλικά Χαρακτηριστικά: Μέγεθος Πόρου: διάμετρος πόρου Πορώδες: συνολικός όγκος πόρων/όγκος υλικού Συνολική επιφάνεια

Πορώδη Υλικά Μικροπορώδη < 2 nm Μεσοπορώδη 2-50 nm Μικροπορώδη: Ζεόλιθοι MOFs (Metal Organic Frameworks)

Μοριακοί Ηθμοί / Ζεόλιθοι Περιοδική Δομή

Ζεόλιθοι/Μοριακοί Ηθμοί Ζεόλιθοι ανακαλύφτηκαν 1756 από το Σουηδό ορυκτολόγο Baron Axel Cronstedt. Είναι κρυσταλλικά μικροπορώδη υλικά Με καλά καθορισμένους πόρους & κοιλότητες Το όνομα τους προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις Ζέω και Λίθος. 56 φυσικοί και μέχρι τώρα έχουν συντεθεί περισσότεροι από 150. Φυσικοί Ζεόλιθοι

Ζεόλιθοι Ζεόλιθοι ανήκουν στην κατηγορία των κρυσταλλικών τρισδιάστατων δομών και αποτελούνται από [SiO4]4- και [AlO4]5-. Γενικός Μοριακός τύπος: Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]. mH2O, M αντισταθμιστικά κατιόντα και n το φορτίο τους. Στις κοιλότητες τους περιέχονται ‘ανταλλάξιμα’ κατιόντα (M: Να+, Κ+, Li+, NH4+, Ca2+, Ba2+ κ.τ.λ.) Μέταλλα όπως Βe, Mg, Β, Ga και P, μπορούν να αντικαταστήσουν το Si και το Al στο σκελετό. Ο κενός χώρος (πολλές φορές > 50 % συνολικού όγκου) καταλαμβάνεται από οργανικά μόρια (Η2Ο φυσικούς ζεόλιθους) .

6-τετράεδρα ενωμένα μεταξύ τους ~ Εξαμελή δακτύλιος Δομή Ζεόλιθων Γέφυρα Οξυγόνου Si4+ , Al3+ Οξυγόνο 6-τετράεδρα ενωμένα μεταξύ τους ~ Εξαμελή δακτύλιος TO4 T : Si4+, Al3+

Δομή Ζεολίθων

Δομή Ζεολίθων Πρωτοταγής Δομή ΤΟ4 Δευτεροταγής Δομή

Αποτελείται από 6-μελής και 4-μελής Δομή Ζεόλιθων Δομική Μονάδα β-cage ή Sodalite cage Αποτελείται από 6-μελής και 4-μελής δακτυλίους

Sodalite (SOD) Zeolite- A (LTA) 4-μελής δακτύλιος 8-μελής δακτύλιος 8 β-cage ενωνονται μεσω των 4-μελών δακτυλίων Zeolite- A (LTA) β-cage ενώνονται μέσω 4-μελών δακτυλίων με γεφυρα Οξυγόνου 4-μελής δακτύλιος Πόρος 2,6 Å Κοιλότητα 6 Å Sodalite cage 8-μελής δακτύλιος Πόρος 4,1 Å Κοιλότητα 11,4 Å Zeolite - X,Y (FAU) β-cage ενώνονται μέσω 6-μελών δακτυλίων 12-μελής δακτύλιος Πόρος 7,4 Å Κοιλότητα 11,4 Å

Αντισταθμιστικά Ιόντα

Αναλογία Si/Al Zeolite-A Si/Al: 1 ZKA-4(LTA) Si/Al: 2.5 ZSM-5 Si/Al: 20 Η αναλογία Si/Al  Αντισταθμιστικά Κατιόντα Μεγάλη Περιεκτικότητα σε Si  λιγότερα αντισταθμιστικά Κατιόντα  Αυξάνεται η Υδροφοβικότητα των Ζεόλιθων  Αυξάνεται η Συγγένεια τους για Υδρογονάνθρακες Χαμηλή Περιεκτικότητα σε Si αυξάνει η Υδροφιλικότητα

Ανταλλάξιμα Κατιόντα Κατιόντα Δεν αποτελούν αναπόστατο κομμάτι του ζεόλιθου Η θέση των κατιόντων επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες του ζεόλιθου. Το μέγεθος και το φορτίο των κατιόντων επιρρεάζει το μέγεθος των πόρων. Τα κατιόντα μπορούν να καταλάμβανουν περισσότερες από μία θέσεις στο Ζεόλιθο. Το Να+ και Κ+ βρίσκονται κυρίως στο κέντρο των 6-μελή δακτυλίων και στους 8-μελής δακτυλίους Δισθενής κατιόντα τείνουν να καταλαμβάνουν θέσεις στους 6-μελής δακτυλίους, αφήνοντας τα κανάλια ελεύθερα (4-μελής δακτυλίους). Κατιόντα

Εφαρμογές Ιονταλλαγή Προσρόφηση / Μοριακοί Ηθμοί Κατάλυση

Εφαρμογές Μέσα Ιοντικής Ανταλλαγής Τα κατιόντα που αντισταθμίζουν το αρνητικό φορτίο είναι ευκίνητα Στους ζεόλιθους τα αντισταθμιστικά ‘κατιόντα ανταλλαχθούν’ μερικώς ή ολικός.

Εφαρμογές Αποσκληρυντικό Νερού Να+ Ca2+ , Μg2+ Μίγμα Ζεόλιθων με Αg κα Ba χρησιμοποιείται για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού. Απομάκρυνση τοξικών μετάλλων από οικιακά & βιομηχανικά απόβλητα Zeolite (HEU) χρησιμοποιείται στην απομάκρυνση του 137Cs, και του 90Sr από πυρηνικά απόβλητα. Καλλιέργειες

Προσροφητικά Μέσα Οι ζεόλιθοι έχουν την ικανότητα να απορροφούν στις κοιλότητες τους οργανικά μόρια Αφυδατικά Μέσα (Προσροφούν μόρια Η2Ο) Ξήρανση διαλυτών και αερίων Αποθήκες Η2, Ο2, CO2 κ.τ.λ. Απορρόφηση τοξικών ουσιών (π.χ SO2)

Μοριακοί Ηθμοί Διαχωρισμός ανάλογα με το μέγεθος Μεγάλα μόρια δεν μπορούν να εισέρθουν από τους πόρους, ενώ αντίθετα τα μικρά μόρια μπορούν Πετροχημεία: Διαχωρισμός υδρογονανθράκων Διαχωρισμός διακλαδισμένων υδρογονανθράκων Καθαρισμός βιομηχανικών αερίων Διαχωρισμός αερίων π.χ Ο2 από Ν2 Απομάκρυνση Οργανικών Μορίων: Υδρόφοβοι Ζεόλιθοι Απομάκρυνση τοξικών ουσιών και μετάλλων από το αίμα. Απομάκρυνση καφεΐνης από το καφέ, αιθανόλης από τα ποτά

Καταλύτες Πλεονεκτήματα σε σχέση με τους άμορφους καταλύτες: Μεγάλη Επιφάνεια  Πολλές περιοχές καταλυτικής δράσης Σταθερή καταλυτική δραστικότητα (Κρυσταλλικά Υλικά) Στέρεο-εκλεκτικότητα

Στερεοεκλεκτική Κατάλυση

Metal Organics Frameworks (MOFs) Ανόργανο Οξείδια Μετάλλων Οργανικό

Metal Organic frameworks (MOFS)

Η επίδραση του Οργανικού Μορίου στο Μέγεθος των Πόρων

Αποθήκες Υδρογόνου MOFs

Αποθήκες Αερίων

Μεσοπορώδη Υλικά (ΜCM) Πλεονεκτήματα Μεγαλύτερη επιφάνεια Μεγαλύτερους πόρους Διάχυση μορίων πιο γρήγορη

Μεσοπορώδη Υλικά (ΜCM) Σύνθεση Μεσοπορώδους υλικού

Φυλλόμορφοι Πηλοί Smectite: κατηγορία φυσικών ορυκτών που αποτελούνται από Al και Si

Φυλλόμορφοι Πηλοί Smectite: παρράληλες δομές από Τετράεδρά [SiO4] και οκτάεδρα [Al(O, OH)6]. Τα τετράεδρα [SiO4] ενώνονται μεταξύ τους μοιράζοντας τρία οξυγόνα. Τα οκτάεδρα του [Al(O, OH)6] βρίσκονται άνάμεσα δύο παράλληλες δομες [SiO4] [SiO4] [Al(O, OH)6] [SiO4]

Δομή Φυλλόμορφου Πυλού Αντικατάσταση του Si ή του Al με άλλα μέταλλα δημιουργεί περίσσεια αρνητικού φορτίου Montmorillonite: Al3+  Mg2+ Beidellite: Si4+  Al3+ Αντισταθμιστικά ιόντα: Na+ ή Ca2+ Μόρια νερού ή άλλα πολικά μόρια μπορούν να εισέρθουν στο εσωτερικό των επιφανειών

Εφαρμογές Μπορούν να απορροφήσουν μόρια νερού, ή διάφορα πολικά οργανικά μόρια π.χ. Calcium Montmorillonite (960 pm-1900pm) Μέσα Ανταλλαγής κατιόντων Κατάλυση

Σύνθετα Υλικά Φυσικά Σύνθετα Υλικά Ξύλο (Κυτταρίνη/Λιγνίτης) Αποτελούνται από δύο διαφορετικά υλικά Παρουσιάζουν συνδυασμό ιδιοτήτων των δύο συστατικών Φυσικά Σύνθετα Υλικά Ξύλο (Κυτταρίνη/Λιγνίτης) Οστά (Κολλαγόνο/ Ορυκτό)

Σύνθετα Φυλλόμορφα Υλικά [PANI]+ MoO3-x Πολυανιλίνη με φυλλόμορφο ανόργανο υλικό Ανάμειξη ανόργανου υλικού με πολυμερές