Техника - молодёжи 1976-12, страница 25

Удивительны свойства цеолитов! На рисун-нах слева показано, что повышение температуры цеолита подобно, образно говоря, увеличению горлышка сосуда, в который наливают воду. При нормальной температуре (А), благодаря пульсациям атомов в структуре цеолита, атом азота — черный шарик — проходит сквозь поры. При низкой же температуре (Б) атомы тан тесно прижаты один к другому, что атом азота ие может пройти между ними.

На рисунках справа показана работа молекулярного сита. Длинная линейная молекула онтана (А) свободно проходит сквозь поры цеолита, а сложная изогнутая моленула изо-октана (Б) не может пройти внутрь цеолита. Благодаря этому с помощью цеолита можно обогащать бензин изоонтаном.

Рис. Юрия Манарекко

сквозь отверстия и поглощаются цеолитом. Впрочем, объясняется этот факт просто. Атомы в кристалле нельзя считать твердо закрепленными шариками. Скорее это шарики непрерывно пульсирующие. Именно пульсация размеров nbp, вызванная пульсацией атомов, позволяет крупным молекулам проходить через узкие отверстия.

Регулировать размеры ячеек цеолита мол.но не только температурой. Изменяя химический состав цеолита, легко получить более мелкое или более крупное «молекулярное сито».

Регулировка фильтрующих свойств с помощью температур и изменения состава позволяет добиться поразительных результатов. Всем, например, известно, что самый чистый бензин состоит из смеси углеводородов. Некоторые углеводороды представляют собой прямые цепочки атомов углерода и водорода, другие же, хотя и имеют такой же химический состав, образуют разветвленную цепочку. Прямые углеводороды, в частности октан, при сгорании детонируют и склонны к взрыву, который ухудшает КПД двигателя и нередко служит причиной аварий. Углеводороды с разветвленной цепочкой (изооктан), наоборот, сгорают без детонации. Ясно, что в бензине должно содержаться возможно больше именно изооктана. Однако как отделить октан от изооктана? Ведь их химические свойства одинаковы, а физические отличаются так мало, что обычная перегонка почти ничего не дает.

Вот здесь-то и приходят на помощь цеолиты. Искусным подбором условий можно заставить кристаллы насыщаться гибкими, длинными молекулами октана, в то время как изооктан останется вне цеолита. Насыщенные октаном кристаллы потом прогревают струей горячего газа и снова делают пригодным для разделения.

Цеолиты можно использовать не только для разделения смесей молекул, отличающихся размерами. Установлено, что даже вещества с одинаковым размером молекул, но различающиеся электрическими свойствами, могут быть легко разделены с помощью цеолитов.

Кристаллы цеолита из любой сложной смеси в первую очередь удаляют влагу, поэтому одна из основных областей их применения — осушка газов и паров. Здесь они осушают природный газ, мономеры этилена, пропилена, изопрена, предназначенные для синтеза спиртов, эфиров, холодильных и трансформаторных масел. Поистине незаменимы цеолиты там, где нужно сочетать глубокую осушку с очисткой продуктов от примесей. Так, при создании защитной атмосферы в ряде производств цеолиты применяются для удаления из воздуха сразу и воды, и двуокиси углерода.

Кроме воды, цеолиты проявляют приверженность к совершенно определенным видам углеводородов. В частности, непредельные углеводороды в которых между атомами углерода есть двойные или тройные связи, легче проникают в поры цеолитов, чем предельные. Поэтому непредельный углеводород этилен, который по своим свойствам и по размерам молекул мало отличается от предельного этана, можно легко выделить из смеси этих газов.

Используя цчолиты как основу для некоторых катализаторов, можно получить эффективные высокоселективные алюмосиликатные катализаторы для реакций крекинга, изомеризации, полимеризации, окисления, гидрирования, дегидратации и т. д. Так, катализатор на основе цеолита, известный под названием «Дюрабед-5», имеет почти в 100 раз большую кре-кингующую способность, чем аморфный алюмосиликатный катализатор.

Цеолиты — идеальное средство для извлечения различных загрязнителей, в том числе и радиоактивных, из сточных вод, разбавленных растворов и выбросов, загрязняющих окружающую среду. С их помощью можно получать водород, азот, метан, аргон высокой чистоты, обогащать воздух кислородом.

В 1960 году в СССР создана комиссия по цеолитам, на основе которой организован Научный совет по синтезу, изучению и применению адсорбентов Отделения общей и технической химии АН СССР. Во главе этого совета стоит академик М. Дубинин. Деятельность этого совета способствует непрерывному расширению применения цеолитов в народном хозяйстве.

В Грузинской ССР в Институте физической и органической химии имени П. Г. Меликишвили АН ГССР и Геологическом институте имени А. Джанелидзе АН ГССР, Тбилисском университете. Грузинском политехническом институте имени В. И. Ленина, Кавказском институте минерального сырья. Грузинском сельскохозяйственном институте и институте субтропического хозяйства. Закавказской зональной станции по птицеводству исследуются свойства и возможные области применения цеолитов, в частности найденных в Грузии природных цеолитов. Эти работы ведутся в контакте с Институтом физической химии АН СССР, Всесоюзным научно-исследовательским и проектным институтом по подготовке, транспортировке и переработке природного газа, Сумгаитским заводом синтетического каучука. Днепропетровским технологическим институтом и другими научными и производственными организациями и, несомненно, будут стимулировать развитие научно-технического прогресса во многих областях народного хозяйства.

23