Comportamento termico e stabilità della zeolite Ferrierite

Questa tesi riporta il primo studio del comportamento della zeolite naturale ferrierite in alta temperatura. Un campione proveniente da Monastir, Sardegna [formula chimica: (Na0.56K1.19Mg2.02Ca0.52Sr0.14) (Al6.89Si29.04)O72 •17.86H2O; parametri di cella: a= 19.2241(3) Å; b= 14.1563(2) Å; c= 7.5106(1) Å, V= 2043.95(7) Å^3] è stato studiato tramite termogravimetria (TGA), diffrazione elettronica (SAED) e diffrazione a raggi X in-situ e con luce di sincrotrone in modo da caratterizzare la struttura a temperature ambiente e studiarne la stabilità e le modifiche durante il riscaldamento. Il comportamento termico delle zeoliti è stato studiato estesamente in quanto le proprietà di adsorbimento selettivo e catalitiche di questi materiali sono profondamente influenzati dalla loro disidratazione indotta dalle alte temperature (HT). La conoscenza delle modifiche strutturali causate dal riscaldamento e la determinazione dei campi di stabilità delle zeoliti sono fondamentali per verificare ed assicurare la loro efficacia e stabilità nelle applicazioni tecnologiche. L’analisi termogravimetrica mostra che il rilascio di acqua inizia dalle prime fasi del riscaldamento ed è completo intorno a 600 °C. I raffinamenti strutturali – eseguiti fino a 670 °C con il metodo Rietveld – mostrano che la ferrierite appartiene al gruppo di zeoliti che non subiscono transizioni di fase in alta temperatura, rispondendo con una limitata contrazione volumetrica della cella elementare (meno del 3%). I parametri di cella si contraggono in modo anisotropo, con una riduzione maggiore per il parametro a rispetto a b e c (∆a= -1.6%; ∆b= -0.76%; ∆c= -0.70%). La causa di questo comportamento è legata alla presenza di catene composte da anelli di cinque tetraedri SiO4 disposte lungo gli assi b e c che rendono tali direzioni maggiormente resistenti alla contrazione. Durante la disidratazione si è osservato: i) il rilascio graduale di acqua a partire dalle molecole ospitate nel canale a 10 tetraedri (pressoché completo a 670 °C); ii) la migrazione di Mg e K dal loro sito iniziale in risposta alla disidratazione. In particolare, entrambi i cationi si spostano dal centro del canale verso le pareti in modo da essere meglio coordinati agli ossigeni del framework. I pattern raccolti tramite SAED hanno rivelato cristalliti poco difettuali con un limitato disordine strutturale.