Zeolith-Synthese leicht gemacht: Anwendungen in Chemie und Industrie denkbar

15.12.2011: Zeolithe sind poröse Materialien, die dank ihrer gleichförmigen Poren und ihrer großen inneren Oberfläche wie Molekularsiebe wirken und etwa zur Luftfilterung und Reinigung von Wasser eingesetzt werden – nicht zuletzt auch zur Säuberung des radioaktiv verseuchten Meerwassers bei Fukushima. Weitere wichtige Anwendungen finden sich in der Katalyse sowie bei der Auftrennung und Adsorption von Stoffen. Einem Forscherteam um Professor Svetlana Mintova vom Laboratoire Catalyse et Spectrochimie im französischen Caen und den LMU-Chemiker Professor Thomas Bein ist es nun gelungen, einen der wichtigsten stabilen Zeolithe mit sehr großen Poren („EMT“) auf sehr einfache, kostengünstige und umweltfreundliche Weise herzustellen.

Zeolithe bestehen aus Aluminium-, Silizium- und Sauerstoffatomen, können aber auf vielfältige Weise chemisch modifiziert werden. Über 200 Zeolithe sind bereits bekannt. Die neuen Zeolith-Nanokristalle könnten in ganz neuartigen Anwendungen zum Einsatz kommen. Das Projekt wurde unter anderem durch das Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) gefördert.

Viele Zeolithe benötigen teure organische Agentien („Template“) in der Herstellung – was nun bei der neuartigen Synthese von EMT nicht mehr nötig ist. Dazu kommt, dass der Vorgang fast bei Raumtemperatur und in sehr kurzer Zeit abläuft, was die Synthese deutlich vereinfacht. „Dieser Syntheseweg erzeugt die bislang kleinsten Zeolith-Nanokristalle mit der großporigsten Struktur“, sagt Bein. „Das ist für Anwendungen sehr attraktiv, weil Moleküle kurze Wege haben, um in die Zeolithe einzudringen, wo dann die katalytischen Reaktionen ablaufen.“

Aber auch aus Umweltgesichtspunkten ist die Synthese der ultrakleinen EMT-Zeolithe von Vorteil, weil die Prozedur sehr viel weniger aufwändig ist, und auch keine Template mehr benötigt werden. „Wir vermuten, dass die ultrakleinen Zeolithe in vielen Anwendungen zum Einsatz kommen werden“, so Bein. „Denkbar ist dies unter anderem bei der Katalyse mit großen Molekülen, bei der selektiven Adsorption von Stoffen und beim Design von Nanostrukturen wie ultradünnen Filmen, Membranen und chemischen Sensoren.“

Originalveröffentlichung:
„Capturing Ultrasmall EMT Zeolite from Template-Free Systems”; Eng-Poh Ng, Daniel Chateigner, Thomas Bein, Valentin Valtchev, Svetlana Mintova; Science online, 8. Dezember 2011