Zeolite. Credito:Hannes Grobe, CC BY-SA 2.5
Se la scienza e la natura dovessero avere un bambino, sarebbe sicuramente la zeolite. Questa roccia speciale, con la sua struttura porosa che intrappola l'acqua al suo interno, intrappola anche atomi e molecole che possono causare reazioni chimiche. Ecco perché le zeoliti sono importanti come catalizzatori, ovvero sostanze che accelerano le reazioni chimiche senza danneggiarsi. Le zeoliti fanno la loro magia nelle industrie della droga e dell'energia e in una sfilza di altre. Con i prodotti petrolchimici, rompono grandi molecole di idrocarburi in benzina e ulteriormente in tutti i tipi di sottoprodotti del petrolio. Applicazioni come il cracking catalitico fluido e l'idrocracking fanno molto affidamento sulle zeoliti.
L'uso delle zeoliti è così importante che decenni fa gli scienziati hanno iniziato a produrle (sintetiche) in laboratorio con un numero totale di strutture cristalline superiore a 250.
Ora, un indiscusso fondamento nella comunità di ricerca globale sulla zeolite, Jeffrey Rimer, Abraham E. Dukler Professore di ingegneria chimica e biomolecolare all'Università di Houston, ha pubblicato una recensione su Nature Synthesis journal che riassume i metodi negli ultimi dieci anni che sono stati utilizzati per preparare zeoliti all'avanguardia con dimensioni nanometriche e strutture gerarchiche.
I risultati sottolineano che più piccolo è migliore e la struttura è fondamentale.
"Queste caratteristiche sono fondamentali per le loro prestazioni in un'ampia gamma di applicazioni industriali. In particolare, i piccoli pori delle zeoliti impongono limiti di diffusione per i processi che coinvolgono la catalisi o le separazioni in cui piccole molecole devono accedere ai pori senza ostruzione dall'accumulo di materiali residui come il coke, che è un deposito carbonioso che ostruisce i pori", riferisce Rimer. "Ciò richiede nuovi metodi per preparare zeoliti con dimensioni più piccole e una superficie maggiore, il che è un compito impegnativo perché poche zeoliti possono essere preparate con dimensioni inferiori a 100 nanometri".
L'articolo di revisione riassume i metodi avanzati per raggiungere questo obiettivo, incluso il lavoro del gruppo di Rimer sulle zeoliti alettate, che ha inventato. Le zeoliti con alette sono una classe completamente nuova di catalizzatori porosi che utilizzano caratteristiche uniche di dimensioni nanometriche per accelerare la chimica consentendo alle molecole di saltare gli ostacoli che limitano la reazione.
Rimer esamina anche come l'emergere dell'analisi dei dati e dell'apprendimento automatico stia aiutando la progettazione di zeoliti e fornisce prospettive future in questa crescente area di ricerca. Ciò aiuta a creare i "nuovi metodi" che Rimer suggerisce come imperativi, risultando in grandi vantaggi nell'infondere analisi computazionali e di big data per far passare la sintesi di zeolite dalle metodologie per tentativi ed errori.
Inoltre, l'accelerazione del processo di cristallizzazione delle zeoliti e l'accelerazione delle reazioni delle zeoliti stesse si tradurranno in molti vantaggi socioeconomici, secondo Rimer.
"Il miglioramento del design della zeolite include lo sviluppo di catalizzatori migliorati per applicazioni energetiche (compresi i progressi nell'energia alternativa), nuove tecnologie per la regolazione delle emissioni che hanno un impatto sull'ambiente e le separazioni per migliorare i processi industriali con impatto sulla raffinazione del petrolio, la produzione di sostanze chimiche e la purificazione dell'acqua", Egli ha detto. + Esplora ulteriormente
