Avainero zeoliitin ja MOF:n välillä on se, että zeoliitti on pääasiassa hyödyllinen katalyyttinä, kun taas MOF on ihanteellinen tukirakenteille katalyysille tai se voi toimia katalyyttinä.
Voimme tunnistaa zeoliitti- ja metalliorgaaniset rungot tai MOF:t kahdeksi yleiseksi huokoiseksi materiaaliksi, joiden huokoset ovat alle 1 nanometrin (kuten zeoliitissa) tai suuremmat kuin 1 nanometrin (kuten MOF:issa).
Mikä on zeoliitti?
Zeoliitti on mikrohuokoinen alumiinisilikaattimineraali. Se on pääasiassa hyödyllinen katalysaattorina. Kaupallisessa mittakaavassa se on hyödyllinen adsorbenttina. Tämä termi tuli tunnetuksi vuonna 1756 ruotsalaisen mineralogin Axel Fredrik Cronstedtin tutkimuksen jälkeen. Hän havaitsi, että vedestä muodostui suuria määriä höyryä (jota tapahtuu materiaalin sisällä adsorption kautta), kun tiettyä stilbiittiä sisältävää materiaalia lämmitettiin nopeasti. Tämän havainnon perusteella tämä tiedemies antoi tälle materiaalille nimen zeoliitti, jolla on kreikkalainen merkitys "zeo"="keittää" ja "lithos"="kivi".
Kuva 01: Tomsoniitti – zeoliittimineraalin muoto
zeoliittirakenne
Zeoliitissa on huokoinen rakenne, joka voi liittyä monenlaisiin kationeihin, mukaan lukien Na+, K+, Ca2+ ja Mg2+. Nämä ovat positiivisesti varautuneita ioneja, joita voidaan pitää löyhästi. Siksi nämä ionit voidaan helposti vaihtaa muihin ioneihin joutuessaan kosketuksiin liuoksen kanssa. Zeoliittiryhmän mineraalijäseniä ovat analsiimi, kabatsiitti, klinoptiloliitti, stilbiitti jne.
Kuva 02: Zeoliitin mikroskooppinen rakenne
Zeoliitin ominaisuudet huomioon ottaen luonnossa esiintyvät muodot voivat reagoida emäksisen pohjaveden kanssa. Lisäksi nämä materiaalit voivat kiteytyä saostuksen jälkeisissä ympäristöissä pitkän ajan kuluessa. Lisäksi luonnollisia zeoliittimuotoja esiintyy harvoin puhtaana. Ne ovat yleensä muiden mineraalien, metallien, kvartsin jne. saastuttamia.
Mikä on MOF?
Metalli-orgaaniset rungot tai MOF:t ovat hybridihuokoisia materiaaleja, jotka koostuvat sekä orgaanisista että epäorgaanisista ryhmistä. Voimme tarkkailla näiden materiaalien rakennetta kiteisenä ja kolmiulotteisena luonnossa, ja se voi hyödyntää jäykkien epäorgaanisten ryhmien, kuten metalli-ionien tai metalliklustereiden, yhdistelmää joustavien orgaanisten linkkeriligandien kanssa. Tämä sekä jäykkien että joustavien ryhmien käyttö voi antaa MOF:ille mahdollisuuden saada pitkän kantaman viritettävät huokoset, jotka voivat liittyä monenlaisiin molekyyleihin. Tälle materiaalille voidaan tehdä tungosta, jolloin ne voivat olla valikoivia niiden molekyylien suhteen, jotka voivat päästä huokosiinsa.
MOF-rakenne
Kun tarkastelemme MOF:ien rakennetta tarkasti, voimme havaita, että epäorgaaniset ja orgaaniset ryhmät ovat järjestäytyneet tietyllä tavalla muodostaen huokoset. MOF:ien rakenne esiintyy epäorgaanisten solmujen koordinointiverkostona. Näillä solmuilla on taipumus muodostaa näiden huokosten kulmat, mikä takaa geometrisen vakauden sekä rakenteellisen säännöllisyyden. Lisäksi orgaaniset linkkerit, jotka yhdistävät solmut yhteen, tarjoavat synteettistä monipuolisuutta ja modulaarista toimivuutta. Lisäksi voimme nähdä saman rakenteen toistuvan MOF:ien 3D-rakenteessa.
Mitä eroa on zeoliitilla ja MOF:lla?
Vaikka zeoliitti oli vaihtoehto huokoisena materiaalina useiden vuosien ajan, muiden materiaalien, kuten metalli-orgaanisten kehysten (MOF) ja kovalenttisten orgaanisten kehysten (COF) kehitys on haastanut sen käytön tällä hetkellä. Keskeinen ero zeoliitin ja MOF:n välillä on, että zeoliitti on pääasiassa käyttökelpoinen katalyyttinä, kun taas MOF on ihanteellinen katalyytin tukirakenteille tai ne voivat toimia itse katalyytteinä. Lisäksi zeoliitin huokoset ovat alle 1 nanometrin, kun taas MOF:n huokoset ovat suurempia kuin 1 nanometri.
Seuraava infografiikka tiivistää zeoliitin ja MOF:n välisen eron taulukkomuodossa.
Yhteenveto – Zeoliitti vs MOF
Voimme tunnistaa zeoliitti- ja metalliorgaaniset rungot tai MOF:t kahdeksi yleiseksi huokoiseksi materiaaliksi, joiden huokoset ovat vastaavasti alle 1 nanometri (kuten zeoliitissa) tai suuremmat kuin 1 nanometri (kuten MOF:issa). Keskeinen ero zeoliitin ja MOF:n välillä on se, että zeoliitti on pääasiassa käyttökelpoinen katalyyttinä, kun taas MOF on ihanteellinen katalyytin tukirakenteille tai ne voivat toimia itse katalyytteinä.
