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Nanozeolithe

Aktuelle Entwicklungen bei nanoporösen Materialien

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Chemische Synthese

Die Herstellung der Nanozeolithe unterscheidet sich prinzipiell nicht von der ihrer makroskopischen Gegenstücke. Die Synthese erfolgt unter hydrothermalen Bedingungen in einem Autoklav – wässriges Medium, Temperaturen zwischen 100 und 300 °C – und folgt klassischen Prinzipien. In stark alkalischen Lösungen aus Natriumsilikat und -aluminat entsteht durch Kondensation der Silikat- und Aluminationen zunächst ein amorphes Gel, das sich in einer kontrollierten hydrothermalen Reaktion in die hochkristallinen Zeolithe umlagert. Die Produkteigenschaften lassen sich durch die Reaktionsbedingungen variieren. Mögliche Parameter sind die Zusammensetzung der Ausgangslösungen, der pH, die Reaktionstemperatur und die Verweildauer der reagierenden Lösung. Die Ausprägung eines Zeolithtyps bzw. die Form der Hohlräume kann durch die Zugabe von Templaten, wie Aminen gesteuert werden.

Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

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  • Herstellung oxidischer Materialien definierter Morphologie
  • Typische hydrothermale Reaktionsbedingungen
  • Teilchengröße im Nanometer-Bereich ohne Mahlprozess
  • Clariant - eigene Aufarbeitungstechnik des kolloidalen Reaktionsgemisches zur Isolierung der Zeolithe

Anspruchsvolle Anwendungsgebiete

Lucidot NZL 40 weist aufgrund der verfügbaren Oberfläche und der Zugänglichkeit der Hohlräume im Vergleich zu nanoteiligen Kieselgelen ein deutlich verbessertes Speichervermögen für eine Vielzahl von organischen Stoffen auf. Dadurch bietet es sich für verschiedene anspruchsvolle Anwendungsgebiete an, bei denen eine schnelle Sorptionskinetik oder selektive Adsorption gefragt sind. Die durchgeführten anwendungstechnischen Untersuchungen zeigen die Vielfalt der Möglichkeiten auf: Biochemische Anwendungen (z. B. Sensorik, Immobilisierung von Enzymen, Andocken an Zellwände in lebenden Mikroorganismen) sind genauso realisierbar wie die Verwendung als Molekularsieb (Adsorption kleiner Moleküle), Ionenaustauscher oder Trennmittel (z.B. Trennung linearer und verzweigter Paraffine). Aufgrund der Tatsache, dass die inneren Kanäle wie eine Supersäure wirken können, ergeben sich darüber hinaus katalytische Anwendungsmöglichkeiten. Lucidot DISC eignet sich hingegen aufgrund seiner besonderen Morphologie zur Herstellung von Schichtstrukturen auf geeigneten Substraten.

Nanozeolithe und molekulare Lichtantennen

Weitere Möglichkeiten eröffnen sich durch die Nutzung als Träger für fluoreszierende Farbstoffe. Hintergrund dieser Idee ist die Photosynthese, bei der Lichtenergie in chemisch verfügbare Energie umgewandelt wird. Dies wird bei einem photosynthetischen System durch ein Netzwerk aus effizienten Lichtantennen, darunter Chlorophyll a, Chlorophyll b und α-Carotin, erreicht. Sie absorbieren Licht verschiedener Wellenlängen und leiten die aufgenommene Energie weitgehend verlustfrei an das Reaktionszentrum weiter.

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