Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Новороссийский политехнический институт

Кафедра «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

Факультет «Управления и промышленности»

Курс лекций

по дисциплине «химия цеолитов»

(индекс В2.02)

для направления подготовки бакалавров направления 240100.62 «химическая технология»

2011 г.

Курс лекций составлен на основании Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 240100 – химическая технология. Квалификация (степень) – бакалавр, утвержденному приказом министерства образования и науки РФ 22.12.2009, № 807.

Курс лекций составлен доцентом кафедры ООС и РИПР Кузьминой И. В.

Курс лекций обсужден на заседании кафедры ООС и РИПР

23.08.2011 г. Протокол №1

Зав. кафедрой ООС и РИПР ______________________ А.Б. Санникова

Курс лекций одобрен методическим советом НПИ

26.08.2011 Г. Протокол №1

Председатель методического совета НПИ_______________ Л.А. Тарханова

Выписка из плана учебного процесса

1 курс, 1 семестр, 18 недель

Лекции – 18 часов

Практические занятия – 18 часов

Самостоятельная работа студентов – 144 часа

Форма контроля – экзамен

Содержание

	Стр.
Лекция 1
Введение ......................................................................................................	4
1. Общие свойства и особенности структуры цеолитов .........................	8
1.1 Химические составы природных цеолитов ................................	8
1.2 Номенклатура цеолитов ...............................................................	11
1.3 Классификация цеолитов .............................................................	13
1.4 Типы кристаллических решеток. Структуры цеолитов ............	17
Лекция 2
2. Краткие сведения о генезисе природных цеолитов ............................	24
Лекция 3
3. Вода в минералах. Классификация. Вода в цеолитах .........................	27
4. Свойства цеолитов	33
4.1 Физические свойства цеолитов ...................................................	33
Лекция 4
4.2 Химические свойства цеолитов ..................................................	38
Лекция 5
5. Синтез цеолитов. Молекулярные сита .................................................	41
Лекция 6
6. Ионный обмен. Ионный обмен на различных формах цеолитов .....	53
Лекция 7
7. Адсорбция. Адсорбционные свойства цеолитов .................................	65
Лекция 8
8. Катализ. Использование цеолитов в качестве катализаторов ………	75
Лекция 9
9. Использование цеолитов в нефтяной и газовой промышленности ...	91
Использованные источники …………………………………………….	104

Введение

Самый распространённый химический элемент на Земле – кислород. Его масса составляет примерно половину массы всех кремний-содержащих встречающихся в природе элементов. На втором месте кремний (25,8 %), затем следуют алюминий (7,5 %), железо (чуть менее 5 %) и кальций (3,4 %). Четыре из них (исключение составляет железо) входят в состав минерала цеолита. Впрочем, говорить о цеолите в единственном числе не вполне корректно.

Цеолиты – это водные алюмосиликаты кальция, натрия, калия, бария и некоторых других элементов. В группу цеолитов входит более сорока минералов, которые различаются и по составу (в особенности по количеству молекул воды в кристаллогидрате), и конечно же по физическим и химическим свойствам. Но практически у всех представителей этой группы минералов есть общее свойство – они хорошие сорбенты, обладают ионообменными свойствами, способны изменять подвижность отдельных ионов и работать молекулярными ситами. А сравнительно недавно эти минералы нашли совершенно неожиданное применение – их стали использовать в сельском хозяйстве.

Название минерала цеолит происходит от двух греческих слов: zeo – кипеть и lithos – камень. Объясняется оно тем, что при быстром и сильном нагреве минерал вспучивается с образованием пузырчатого стекла, как бы вскипает. Впервые цеолиты описаны в XVIII веке.

Цеолиты («кипящие камни») как минеральный вид известны уже более 200 лет. Длительное время они рассматривались в качестве редких минералов, не образующих промышленных скоплений и интересных лишь для коллекционных целей. Вместе с тем, ряд ценных, порой уникальных для промышленности свойств этих минералов привел в 40-х гг. минувшего столетия к появлению в отдельных промышленно развитых странах (США и др.) производства по выращиванию их синтетических аналогов.

Прогресс в области электронной микроскопии и рентгено-структурного анализа минерального вещества в 60-х гг. минувшего столетия позволил выявить широкое развитие природных цеолитов за счет преобразования вулканического стекла туфов в промышленно значимых концентрациях. С этого времени природные цеолиты стали рассматриваться как новый вид полезных ископаемых.

Туф (от итал. tufo) – группа горных пород, объединённых генезисом – по отложению в местах выхода на земную поверхность минеральных источников.