384 resultados para zeolites


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Zeolite-based technology can provide a cost effective solution for stormwater treatment for the removal of toxic heavy metals under increasing demand of safe water from alternative sources. This paper reviews the currently available knowledge relating to the effect of properties of zeolites such as pore size, surface area and Si:Al ratio and the physico-chemical conditions of the system such as pH, temperature, initial metal concentration and zeolite concentration on heavy metal removal performance. The primary aims are, to consolidate available knowledge and identify knowledge gaps. It was established that an in-depth understanding of operational issues such as, diffusion of metal ions into the zeolite pore structure, pore clogging, zeolite surface coverage by particulates in stormwater as well as the effect of pH on stormwater quality in the presence of zeolites is essential for developing a zeolite-based technology for the treatment of polluted stormwater. The optimum zeolite concentration to treat typical volumes of stormwater and initial heavy metal concentrations in stormwater should also be considered as operational issues in this regard. Additionally, leaching of aluminium and sodium ions from the zeolite structure to solution were identified as key issues requiring further research in the effort to develop cost effective solutions for the removal of heavy metals from stormwater.

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Nekoite Ca3Si6O15•7H2O and okenite Ca10Si18O46•18H2O are both hydrated calcium silicates found respectively in contact metamorphosed limestone and in association with zeolites from the alteration of basalts. The minerals form two-Dimensional infinite sheets with other than six-membered rings with 3-, 4-, or 5-membered rings and 8-membered rings. The two minerals have been characterised by Raman, near-infrared and infrared spectroscopy. The Raman spectrum of nekoite is characterised by two sharp peaks at 1061 and 1092 cm-1 with bands of lesser intensity at 974, 994, 1023 and 1132 cm-1. The Raman spectrum of okenite shows an intense single Raman band at 1090 cm-1 with a shoulder band at 1075 cm-1.These bands are assigned to the SiO stretching vibrations of Si2O5 units. Raman water stretching bands of nekoite are observed at 3071, 3380, 3502 and 3567 cm-1. Raman spectrum of okenite shows water stretching bands at 3029, 3284, 3417, 3531 and 3607 cm-1. NIR spectra of the two minerals are subtly different inferring water with different hydrogen bond strengths. By using a Libowitzky empirical formula, hydrogen bond distances based upon these OH stretching vibrations. Two types of hydrogen bonds are distinguished: strong hydrogen bonds associated with structural water and weaker hydrogen bonds assigned to space filling water molecules.

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A holistic study of the composition of the basalt groundwaters of the Atherton Tablelands region in Queensland, Australia was undertaken to elucidate possible mechanisms for the evolution of these very low salinity, silica- and bicarbonate-rich groundwaters. It is proposed that aluminosilicate mineral weathering is the major contributing process to the overall composition of the basalt groundwaters. The groundwaters approach equilibrium with respect to the primary minerals with increasing pH and are mostly in equilibrium with the major secondary minerals (kaolinite and smectite), and other secondary phases such as goethite, hematite, and gibbsite, which are common accessory minerals in the Atherton basalts. The mineralogy of the basalt rocks, which has been examined using X-ray diffraction and whole rock geochemistry methods, supports the proposed model for the hydrogeochemical evolution of these groundwaters: precipitation + CO 2 (atmospheric + soil) + pyroxene + feldspars + olivine yields H 4SiO 4, HCO 3 -, Mg 2+, Na +, Ca 2+ + kaolinite and smectite clays + amorphous or crystalline silica + accessory minerals (hematite, goethite, gibbsite, carbonates, zeolites, and pyrite). The variations in the mineralogical content of these basalts also provide insights into the controls on groundwater storage and movement in this aquifer system. The fresh and weathered vesicular basalts are considered to be important in terms of zones of groundwater occurrence, while the fractures in the massive basalt are important pathways for groundwater movement.

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Raman and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy have been applied to a systematic investigation of the adsorption and decomposition of dichlorodifluoromethane (CCl2F2, CFC-12), fluorotrichloromethane (CCl3F, CFC-11), chlorodifluoromethane (CHClF2, HCFC-22) and molecular chlorine on oxide surfaces. Additionally, the effects of heating and ultraviolet photolysis of the CFC and HCFCs adsorbed on the oxide surfaces have been investigated. Spectral features for these species indicated a small wavenumber shift (1-6 cm-1) associated with the adsorbed phase. Some evidence, specifically the appearance of the Raman band at 507 cm-1, is presented to show that chlorine decomposition species are associated with these oxide surfaces. It was concluded that the new spectral feature (at ca. 507 cm-1) related with the decomposition of the CFC and HCFC molecules was an important indicator of the extent to which the reaction between the adsorbed CFC and HCFC and oxide surface has taken place. The extent of CFC-surface interaction has been quantified in terms of a maximum (Raman) frequency shift parameter (AM). Wavenumber shifts suggest both cation-adsorbate and non-specific adsorption interactions are occurring in the internal channels of the zeolites. Slow decomposition of the adsorbed CFCs under ultraviolet-visible photolysis (at ? > 300 nm) and/or thermal treatment was observed spectroscopically. Using FT-IR spectroscopy, the formation of gas-phase products (CO, CO2, HCl) both onyn photolysis and heating was evident. Results of these measurements are compared with the observed atmospheric reactivity of these compounds.

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Molecular dynamics simulations on Xe in NaY and Ar in NaCaA zeolite are reported. Rates of cage-to-cage crossovers in the two zeolites exhibit trends which are contrary to that expected from geometrical considerations. The results suggest the important role of the sorbate-zeolite interactions in determining the molecular sieve properties of zeolites for small sized sorbates. The results are explained in terms of the barrier height for cage-to-cage crossover in the two zeolites.

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Adsorption of n-alkane mixtures in the zeolite LTA-5A under liquid-phase conditions has been studied using grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations combined with parallel tempering. Normal GCMC techniques fail for some of these systems due to the preference of linear molecules to coil within a single cage in the zeolite. The narrow zeolite windows severerly restrict interactions of the molecules, making it difficult to simulate cooperative rearrangements necessary to explore configuration space. Because of these reasons, normal GCMC simulations results show poor reproducibility in some cases. These problems were overcome with parallel tempering techniques. Even with parallel tempering, these are very challenging systems for molecular simulation. Similar problems may arise for other zeolites such as CHA, AFX, ERI, KFI, and RHO having cages connected by narrow windows. The simulations capture the complex selectivity behavior observed in experiments such as selectivity inversion and azeotrope formation.

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Recent computer simulations on zeolites Y and A have found that the diffusion coefficient and the rate of intercage diffusion exhibit, apart from a linear dependence on the reciprocal of the square of the sorbate diameter, an anomalous peak as sorbate diameter approaches the window diameter. Here we report molecular dynamics simulations of zeolite NaA incorporating framework flexibility as a function of sorbate diameter in order to verify the existence of anomalous diffusion. Results suggest persistence of anomalous diffusion or ring effect. This suggests that the anomalous behavior is a general effect characteristic of zeolites Y and A. The barrier for diffusion across the eight-ring window is seen to be negative and is found to decrease with sorbate size. The effect of sorbate on the cage motion has also been investigated. Results suggest that the window expands during intercage migration only if the sorbate size is comparable to the window diameter. Flexible cage simulations yield a higher value for the diffusion coefficient and also the rate of intercage diffusion. This increase has been shown to be due to an increase in the intercage diffusions via the centralized diffusion mode rather than the surface-mediated mode. It is shown that this increase arises from an increase in the single particle density distribution in the region near the cage center.

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Positions of potential energy minima for spherical monatomic sorbates in zeolite NaY have been identified for different sizes of the sorbate. It is found that for small sorbates (sigma less than or equal to 4.96 Angstrom) there are only six adsorption sites per alpha-cage, which are located close to the inner surface of the alpha-cage. For larger sorbates, additional sites of comparable energies appear close to the 12-ring window which forms the bottleneck for intercage diffusion. Minimum energy paths between these sites have been computed. These suggest that the barriers for both intracage and intercage site-to-site migrations are comparable and decrease with increase in sorbate size. Earlier simulation studies on the diffusion of monatomic sorbates in zeolites indicated that there is a dramatic change in the nature of dependence of D on sorbate size around 4.96 Angstrom, for zeolite NaY. Therefore, the present results suggest that the dependence of D on sorbate size and the changes in the potential energy landscape are correlated. The sorbate-zeolite system is characterized by a flatter potential energy landscape when the sorbate size is large. (C) 1999 American Institute of Physics. [S0021-9606(99)51110-0].

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Use of microwaves in the synthesis of materials is gaining importance. Microwave-assisted synthesis is generally much faster, cleaner, and more economical than the conventional methods. A variety of materials such as carbides, nitrides, complex oxides, silicides, zeolites, apatite, etc. have been synthesized using microwaves. Many of these are of industrial and technological importance. An understanding of the microwave interaction with materials has been based on concepts of dielectric heating and of the resonance absorption due to rotational excitation. This review presents a summary of recent reports of microwave synthesis of inorganic materials. Various observations regarding microwave interaction with materials are also briefly discussed.

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The ring versus side-chain alkylation of toluene with methanol over alkali-exchanged zeolite-X of differing basicity has been investigated by in situ infrared spectroscopy and TPD measurements. Over the basic Cs-exchanged zeolite the product of alkylation is styrene/ethylbenzene while over the acidic Li-exchanged zeolite ring alkylation occurs to give mainly xylene as the product. FTIR and TPD investigations reveal that, the key difference in the two types of alkylation processes lies in the state of the adsorbed methanol present at higher temperatures in the zeolite. In basic zeolites, methanol decomposes to formaldehyde and formates. The former is the key ‘side-chain’ alkylating species that leads to the formation of styrene. In the acidic zeolites it is shown that methanol bound to the acid sites plays an active role in the ‘ring alkylation’ of toluene to xylene.

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A reação de transformação de metanol em olefinas leves foi investigada sobre as peneiras moleculares HZSM-5, HFER, SAPO-34 e HMCM-22. A caracterização físico-química das amostras foi realizada através das técnicas de FRX, DRX, fisissorção de nitrogênio, MEV, espectrometria no IV com adsorção de piridina e TPD de NH3. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado em condições de isoconversão inicial de 755%. Verificou-se que as características ácidas e estruturais exerceram forte influência sobre o desempenho catalítico quanto à atividade, estabilidade e seletividade aos produtos da reação. A amostra mais estável foi a HZSM-5 que apresentou maior densidade de sítios fortes e uma estrutura porosa que permite uma circulação tridimensional das moléculas. Já a menos estável, SAPO-34, apresentou a menor concentração de sítios ácidos fortes dentre os materiais estudados e uma estrutura com cavidades com aberturas estreitas (4Å) que oferecem restrições ao acesso dos reagentes aos sítios ácidos do catalisador. Quanto à seletividade a olefinas, a primeira foi mais seletiva a propeno e a segunda, a eteno. A ferrierita não se mostrou seletiva às olefinas leves tendo apresentado, no entanto, comportamento promissor quanto a formação de DME a partir do metanol. Já a HMCM-22 foi seletiva às olefinas leves e aos hidrocarbonetos com 4, 5 e 6 ou mais átomos de carbono. A influência da temperatura no desempenho catalítico foi investigada variando-se a temperatura de reação (300, 400 e 500C). Verificou-se que para a HZSM-5 e HMCM-22, perda da atividade catalítica foi intensificada a partir de 400C. Quanto à seletividade a olefinas leves, apenas a SAPO-34 não se mostrou sensível a variações na temperatura, efeito este que foi nitidamente observado nos outros três catalisadores: um aumento na temperatura promoveu um aumento na seletividade a olefinas leves no caso da HZSM-5 e da HMCM-22 e queda nesse valor para a HFER

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As zeólitas têm recebido grande atenção acadêmica e industrial devido às suas características ácidas e estruturais. A estrutura da zeólita pode ser utilizada para conduzir uma reação catalítica na direção do produto desejado, evitando assim reações paralelas. Porém, essa mesma estrutura cria restrições difusivas com relação ao acesso aos sítios ativos no interior dos microporos. Neste trabalho foram estudados dois métodos de criação de mesoporos (térmico e básico) com o intuito de modificar a acessibilidade aos sítios catalíticos das zeólitas. A reação de hidroisomerização do n-heptano foi selecionada para avaliar as zeólitas após a criação de mesoporosidade. O tratamento térmico (via calcinação em temperaturas elevadas) foi utilizado para as zeólitas do tipo ZSM-5, Mordenita e Ferrierita, tendo sido observado um aumento pouco significativo na mesoporosidade. Este tratamento promoveu, porém, uma significativa desaluminização das amostras, acompanhada da formação de quantidades importantes de espécies de Al extra-rede (ALER), o que se refletiu num bloqueio parcial dos mesoporos gerados e dos microporos preexistentes, e na redução na densidade de sítios ácidos das amostras. A ampliação da escala do tratamento térmico (aumento da quantidade tratada de 2 g para 30 g) não se mostrou reprodutível, gerando menos mesoporos do que o observado no preparo em pequena escala. O tratamento básico (via dessilicação por meio de NaOH), ao contrário do anterior, promoveu a formação de mesoporos gerando menos quantidade de ALER e se mostrou mais reprodutível quando da ampliação da escala. O desempenho dos catalisadores Pt/Al2O3+zeólita na reação de hidroisomerização do n-heptano foi influenciado pela densidade de sítios ácidos fortes e pela estrutura porosa da zeólita. Com relação ao efeito dos tratamentos térmico e básico sobre o desempenho dos catalisadores à base de ZSM-5, os resultados mostraram que o comportamento do catalisador submetido ao tratamento básico (Pt/Al2O3+BZSM-5/85-2) foi similar ao do tratado termicamente (Pt/Al2O3+TZSM-5/1000-2) com relação à distribuição de produtos na reação de hidroisomerização do n-heptano, particularmente com relação aos produtos leves e aos isômeros monorramificados. No entanto, a presença mais significativa de mesoporos na zeólita após tratamento básico (BZSM-5/85-2), se refletiu num leve favorecimento à formação dos isômeros birramificados

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A reação de transformação de MeOH em olefinas leves foi investigada sobre zeólitas HZSM-5 com razões SiO2/Al2O3 (SAR) iguais a 30, 80 e 280. As propriedades ácidas e texturais da amostra com SAR 30 foram modificadas por impregnação com ácido fosfórico. A caracterização físico-química das amostras foi realizada empregando-se as técnicas de FRX, fisissorção de N2, DRX, DTP de NH3 e IV com adsorção de piridina. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado tanto em condições reacionais similares (mesma T, pressão parcial de MeOH e WHSV) como em condições de isoconversão. Verificou-se, que quanto maior a SAR da zeólita, menor a densidade total e a força dos sítios ácidos presentes, sendo este efeito mais significativo para os sítios de Brönsted. O efeito do aumento da SAR favoreceu a estabilidade catalítica e a formação de olefinas leves, principalmente propeno. No caso das amostras contendo fósforo, foi observada uma redução linear na área específica BET e no volume de microporos com o aumento do teor de fósforo. Estes resultados, aliados aos obtidos por DRX, sugerem que a redução mais significativa na área específica e no volume de microporos pode ser associada à redução na cristalinidade e à formação de espécies amorfas contendo fósforo, que bloqueariam a estrutura porosa da zeólita. Não se observou alteração significativa na força dos sítios fracos, enquanto a força dos sítios fortes diminuiu significativamente. As amostras apresentando menor SAR e menor teor de fósforo foram mais ativas. Por outro lado, em condições de isoconversão de 916%, a amostra mais seletiva à formação de olefinas foi aquela com maior SAR. Dentre as amostras impregnadas, aquela contendo 4% de fósforo foi a mais seletiva a propeno, enquanto a que continha 6% foi mais seletiva a eteno. A amostra com SAR igual a 280 foi investigada variando-se a temperatura de reação (400, 500 e 540C) e a pressão parcial de metanol (0,038; 0,083 e 0,123 atm), através de um planejamento experimental do tipo Box-Benhnken (32). O rendimento otimizado em olefinas leves foi alcançado a 480C e 0,08 atm. O modelo proposto descreveu bem os dados experimentais e evidenciou a existência de uma faixa ótima de temperatura para maximização do rendimento em propeno e eteno, o qual foi também afetado pela pressão parcial de MeOH na faixa estudada. Palavras-chave: ZSM-5, olefinas, propeno, eteno, processo MTO, fósforo.