זאוליט נקבובי תלת-מימדי גדול לטיהור מים וגזים

צוות חוקרים בינלאומי הצליח לפתח את הזאוליט היציב והנקבובי ביותר הידוע עד כה המורכב כל כולו מסיליקה שכינויו ZEO-3

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

זאוליט זה נוצר על ידי דחיסה חסרת תקדים של שרשרת סיליקאט חד-מימדית עם זאוליט תלת-מימדי. תהליך זה אינו משנה את ההרכב של שרשרת הסיליקאט. זאוליט כזה יוכל להיות מיושם עבור ההרחקה והשיוב (recover) של תרכובות אורגניות נדיפות (volatile organic compounds) מזרם גז שאפילו יכול להכיל מים. ממצאי מחקר זה פורסמו זה מכבר בכתב העת המדעי היוקרתי Science.

זאוליטים הינם סיליקאטים מיקרו-נקבוביים המשמשים במגוון של יישומים, כגון זרזים, חומרים סופחים ומחליפי קטיונים. זאוליטים יציבים המבוססים על סיליקה בעלי נקבוביות מוגברת הם חומרים מבוקשים המאפשרים ספיחה ועיבוד של מולקולות גדולות, “אולם הם מהווים אתגר ליכולות הסינתטיות שלנו,” מסביר Miguel Camblor, אחד ממחברי המאמר. לאור העובדה כי גודל הנקבוביות בזאוליטים דומה לזה של מולקולות קטנות, קיימת מגבלה על גודל המולקולות שאותן ניתן לעבד. זו הסיבה כי זאוליטים בעלי נקבוביות גדולות יותר היו תמיד מבוקשים ביותר, במיוחד בעלי נקבוביות הנמצאות בכל שלושת הממדים. “אם יש נקבוביות בכיוון (מימד) אחד בלבד (אורך/רוחב/גובה), אפילו אם הן גדולות, הזאוליט עלול להיסתם בקלות, בעוד שאם יש נקבוביות בכל הממדים, זה יותר קשה,” אומר החוקר.

לאחר יותר משמונים שנים של מחקר בינלאומי מקיף בתחום זה, צוות המחקר הצליח לפתח את הזאוליט היציב והנקבובי ביותר הידוע עד כה. “עד כה, הזאוליטים בעלי הנקבוביות הגדולות מאוד לא היו יציבים, מאחר והם נוצרו על ידי גרמניום במקום סיליקון” אומר החוקר. זאוליטים יציבים קודמים הגיעו בגודלם לשבעה אנגסטרמים.

בשנה שעברה, צוות מחקר זה פרסם מאמר קודם אודות זאוליט חדשני המורכב מאלומיניום ונקבוביות גדולות שכונה בשם ZEO-1. כעת, אותם חוקרים הצליחו לפתח זאוליט המורכב מסיליקה טהורה בלבד שכונה בשם ZEO-3. “בשני סוגי הזאוליטים הללו הנקבוביות הגיעו לגודל של יותר מעשרה אנגסטרמים,” מסביר החוקר. לזאוליט החדש יש שתי סגולות ייחודיות: נקבוביות גדולות במיוחד בכל שלושת הכיוונים וכן, הזאוליט מיוצר בעזרת סינתזת קליה (calcination) של שרשרת סיליקאט חד-מימדית במסגרת תהליך של דחיסה, כלומר ללא שינוי בהרכבה של השרשרת. “גישה כזו מעולם לא הובילה לייצור זאוליט כזה,” מסביר החוקר. “תהליך דחיסה דו- ותלת-מימדי כזה אומנם היה ידוע בתחום, אולם מעולם לא הרחיבו שרשרת חד-מימדית למבנה תלת-מימדי”, מוסיף ואומר החוקר. לאור העובדה כי הזאוליט מורכב מסיליקון בלבד, הוא מסוגל לספוח חומרים כימיים גדולים. ניתן ליישם את הזאוליט לשם הרחקה ושיוב של תרכובות אורגניות נדיפות מתוך זרם של גז. “למשל, באתר שבו מיוצרים תרכובות אורגניות נדיפות מזיקות ניתן להשתמש בזאוליט זה לשם טיהור האזור ולא רק לשם מחזור המזהמים”, אומר החוקר. במסגרת מחקר נוסף, זאוליט זה יוכל לשמש גם בתור זרז ולשם העברת תרופות.

הידיעה אודות המחקר

תקציר המאמר