Zeolity jsou mikroporézní hlinitokřemičitany s třírozměrnou krystalickou mřížkou. Ačkoliv jsou veřejnosti málo známé, představují jeden z klíčových materiálů moderní civilizace. Křemíkem bohaté zeolity představují v současnosti nejpočetnější a nejdůležitější skupinu heterogenních katalyzátorů používaných v chemickém průmyslu (zpracování ropy, petrochemie, příprava základních surovin pro chemickou výrobu) a zároveň velmi důležité materiály pro ochranu ovzduší (eliminace NOx z dieselových motorů nebo z výroby kyseliny dusičné, kdy zároveň odstraňují skleníkový oxid dusný).
Zeolit strukturního typu mordenit patří mezi nejpoužívanější zeolitické průmyslové katalyzátory a je to jeden ze dvou typů umožňujících přeměny větších molekul díky značnému průměru kanálů ve struktuře. Nedostatkem tohoto zeolitického katalyzátoru ale je, že jej nedovedeme připravit bez defektů. Defekty v katalyzátoru mohou představovat jiný typ reakčních center a tak snižovat především selektivitu katalyzátoru. To pak má negativní dopady jak ekonomické, tak ekologické (více odpadů, kratší životnost drahého katalyzátoru, častější energeticky náročná regenerace).
Našemu týmu se podařilo vyvinout nový způsob syntézy mordenitu, která vede ke vzniku materiálu s minimálním množstvím defektů. Zásadním prvkem tohoto postupu je aktivace syntézní směsi pomocí ultrazvuku. Připravený materiál zároveň nevyžaduje otevření pórů zeolitu následným chemickým opracováním po syntéze. Možnost vynechání jedné operace při výrobě katalyzátoru snižuje jak energetickou náročnost, tak množství odpadních vod vznikajících při přípravě katalyzátoru. Pro aplilkaci zeolitického katalyzátoru je velmi důležitá organizace hliníkových atomů v jeho krystalové mřížce. Aktivní centra jsou vázána na tyto hliníkové atomy a zeolit s izolovanými Al atomy tak může mít velmi odlišné katalytické vlastnosti od té samé struktury s Al atomy vyskytujícími se ve dvojicích, každý z takovýchto zeolitů tak představuje katalyzátor vhodný pro jinou reakci. Proto byla analyzována distribuce hliníku v bezdefektním mordenitu připraveném pomocí ultrazvuku a porovnána s distribucí v mordenitu připraveném konvenční metodou.
Ultrasound pretreatment as a tool for preparation of low-defect zeolite mordenite A. Kornas, J. E. Olszówka, M. Urbanova, L. Brabec, J. Rathousky, J. Dedecek, V. Pashkova, ACS Omega, 6 (2021) 2340-2345.
Influence of the ultrasonic-assisted synthesis on Al distribution in MOR zeolite. From gel to resulting material
J. E. Olszowka, V. Pashkova, A. Kornas, J. Dedecek, J. Brus, M. Urbanova, E. Tabor, P. Klein, L. Brabec, K. Mlekodaj, New Journal of Chemistry, 2021, DOI: 10.1039/D1NJ00685A.