Рис 6.2 – Схема выделения парафинов на цеолитах (ПАРЕКС – метод )

где Me — катионы с валентностью n (K₂,Ca,Mg,Na₂); т — число молекул воды; у/х — мольное отношение оксида кремния к оксиду алюминия в цеолите. В квадратные скобки заключен состав элементарной ячейки, которую в цеолите называют содалитовой ячейкой. Структура содалитовой Ячейки и ее элементы представлены на рис. 2 а и б.

Цеолиты промышленных цеолитсодержащих катализаторов крекинга и риформинга

Название цеолита и ф-ла элементарной ячейки

Средний размер каналов, нм*

Средний размер полостей, нм

Соотношение атомов Si/Al

Тип А Na₁₂[Al₁₂Si₁₂О₄₈] х 24H₂О

0,41 (ЗД)

0,66; 1,14

1,0-1,05

Тип X

0,74 (ЗД)

0,66; 1,18

1,2-1,3

ТипY

0,74 (ЗД)

0,66; 1,18

1,7-2,1

Морденит Na₈[Al₈Si₄₀O₉₆] x 28H₂O

0,67 х 0,70 (1Д)

—

5,0

Эрнонит (K₂,Ca,Mg,Na₂)_4,5[Al₉Si₂₇O₇₂]x28H₂O

0,36 x 0,52

(ЗД)

0,63; 1,30

3,0

Оффретит Na₅[Al₅Si₁₃O₃₆] x 15H₂O

0,64 (1Д); 0,36 х 0,52 (2Д)

0,6; 0,74

3,5

ZSM-5

0,51 x0,56-0,51 x 0,55 (ЗД)

—

На рис. 2, а точки показывают расположение ионов Ме ^II+.

На схе­мах А, Б и В — сечения элемента содалитовой ячейки.

Черные точки показывают положение [АlO₄]-тетраэдров,

а узлы — [SiO₄]-тетраэдров в элементах сечения.

Фигуры с двумя и более черными точками обоз­начают буквой α, а с одной или без точек — β.  

Рисунок 2. Идеализированная проекция элемента содалитовой ячейки, в которой на пересечении линий в узлах располагаются [АlO₄]^5- и [SiO₄]^4- тетраэдры, середина линий определяет общий кислород у тетраэдров, римские цифры указывают местоположение ионов Ме^||+; А - гексагональные сечения типа α и β, обозначены цифрами 1,3,3 (на схеме а); Б - гексагональные сечения для повышенных отношений SiO₂:AI₂O₃; В — квадратные сечения 11, 22 типа α и        β

В содалитовой ячейке выделены квадратные и гексагональные ка­налы, квадратные каналы имеют диаметр 0,4—0,5 нм, а гексагональ­ные — 0,6—0,9 нм.

Цеолиты являются тонкопористыми твердыми тела­ми, в которых основную долю объема решетки занимают ионы О^2-(порядка 90%), остальное пространство занимают ионы Al³⁺, Si⁴⁺, Na⁺ и другие. Эти полости выстланы электромагнитным полем, которое формируют ионы О^2-, и малая часть — ионами А1³⁺ и Si⁴⁺. В центре ячейки имеется полость большего диаметра — порядка 0,9-1,5 нм. Цеолиты, имея каналы различного диаметра, могут проявлять ситовое разделение углеводородов.

В цеолитах тетраэдры [А10₄] и [Si0₄] связаны друг с другом вершинами и ориентированы наружу гранью и ребрами. Такие тетраэдры и решетка называются «островными» или изолированными.

 Цеолит при такой ориентации тетраэдров являются высокоактивными адсорбентами и катализаторами. В элементе содалитовой ячейки расположение катионов Ме^II+ внутри и вне гексагональных и квадратных сечении обозначен индексами I и Iⁱ, II и IIⁱ, а внутри двенадцатичленного сечения – буквой u.

Рисунок 3. Открытая структура из кубоктаэдров в цеолитах типа А (а) и фожазита (б); атомы Si и AI располагаются в вершинах четырех-и шестиугольников; атомы О не показаны

 Свойства цеолитов зависят от соотношения [А104]- и [Si04]-тетраэдров в гексагональных и квадратных сечениях. В гексагональных (имениях число [А1O4] -тетраэдров может меняться от1 до 5, а в квадрат­ных — от 1 до 3.

На поверхности цеолитов поливалентных металлов находятся как апротонные активные центры (координационно –ненасыщенные атомы алюминия),так и протонные активные центры. Дополнительно, в цеолитах поливалентных металлов имеются протонные центры, обусловленные протонизацией молекул воды, сорбированных катионами металлов.