Zeolithe und Metalorganic Frameworks (MOF`s)

Zeolithe und Metalorganic Frameworks (MOF’s)
Zeolithe:
− griech.: siedender Stein, (gibt beim Erhitzen Wasser ab)
− sind sog. Gerüstsilicate der allgemeinen Formel
(Me+)x(AlO2)x(SiO2)y · (H2O)z (natürliche Zeolithe)
oder
2+
(Me )0,5x(AlO2)(SiO2)y · (H2O)z (künstlich hergestellte Zeolithe)
− gehören zu den Alumosilicaten
− werden zu den Gerüstsilikaten gezählt (dreidimensionales locker gepacktes Gerüst aus
Ecken-verknüpfte SiO4- und AlO4-Tetraeder)
− ähnlich Quarzglas, allerdings entstehen durch die Substitution von Si4+ durch Al3+ negative
Ladungen, die durch Kationen abgesättigt sind
− Innen enthalten Zeolithe ein netzwerkartiges Hohlraumgeflecht (Æ bis zu 40 Å )
− in den Hohlräumen befinden sich neben Kationen z. Teil auch Wassermoleküle
− Wasserfreie Zeolithe sind hygroskopisch und werden deshalb oft als Trockenmittel z.B. für
Erdgas verwendet, aber auch als Wasserspeicher und Feuchtigkeitspuffer z.B. in Fenstern
− Je nach Kationensorte in der Struktur Verwendung in
− Wasserenthärtern, Ionentauschern (Na+-Ionen)
− Sauerstoffanreicheranlagen (Ca2+-Ionen)
− Raffinerien (Abtrennung verzweigter organischer Moleküle, die nicht durch die
Hohlräume passen)
− Aufbereitungsanlagen radioaktiver Flüssigkeiten (Abtrennung radioaktiver Ionen)
− aufgrund der großen Anwendungsbreite werden Zeolithe auch künstlich hergestellt mit einer
Jahresweltproduktion im Megatonnen- Bereich
− Bei der Synthese können farbgebende Anionen zugegeben werden (S2- (gelbgrün), S3(blau), S4- (rot)), Pigmente auf Zeolithbasis gelten als unbedenklich
Metal Organic Frameworks (MOF's):
− Netzwerkstrukturen aus Übergangsmetallen und organischen Verbindungen mit mehreren
funktionellen Gruppen
− enthalten ähnlich wie Zeolithen ein Hohlraumgeflecht
− In MOF's werden häufig Zn-, Cu-, Ni-, oder Cobaltionen verwendet
− die organischen Liganden verknüpfen die Übergangsmetallionen
− die Größe der Poren bzw. Hohlräume kann durch die Länge des organischen Moleküls
variiert werden (im Gegensatz zu den Zeolithen)
− dadurch maximale Oberfläche von bis zu 4500m² pro Gramm MOF (MOF-177)
− MOF's sind aufgrund des C- Anteils weniger hitzebeständig als Zeolithe (max. 673K)
Anwendung vor allem zur Speicherung von Wasserstoff, aber auch als Träger für
−
Katalysatoren (z.B. Platin oder Palladium) z.B. zur energieeffizienten Produktion von H2O2
− Katalytisch wirkende Übergangsmetalle destabilisieren das MOF, großes
Forschungsinteresse an stabilen MOF's für katalytische Zwecke
− MOF's sind günstig: Ausgangsstoffe für MOF-5 sind (Zn4O)6+ und ein Zwischenprodukt der
PET-Produktion (Terephthalsäure)
Literaturangabe:
„Nachrichten aus der Chemie, Ausgabe 53, Seite 394ff., erschienen im April 2005 bei der GDCH“
„Hollemann-Wiberg, 102. Auflage, S.971ff., erschienen 2007 im deGruyter Verlag“
Fragen:
1.) Erkläre das Aufbauprinzip von Zeolithen. Welche allgemeine Formel kann man für Zeolithe
angeben? Welches sind besondere Eigenschaften von Zeolithen?
2.) Was ist der grundlegende Unterschied zwischen MOF's und Zeolithen?