Neue Erkenntnisse zu Zeolithen
Die Geheimnisse der Zeolithmineralien werden dank intensiver Beobachtungen an der Europäischen Synchroton-Strahlungsanlage (ESRF) langsam enthüllt. Zeolithmineral wird aufgrund seiner vielseitigen Verwendung häufig als Supermineral bezeichnet. Zeolithe sind kristalline weiße Mineralien, die hauptsächlich aus Aluminium, Silizium und Sauerstoff bestehen. Ihre Molekularstruktur macht sie so nützlich. Sie werden oft als eine Art Sieb für Moleküle gesehen, weil die Poren des Zeoliths verschiedene Moleküle trennen kann und auch unterschiedliche Reaktionen hervorrufen. Diese Reaktionen sind für die Behandlung von Benzin und bei der Chemikalienherstellung wichtig. Zeolithe können benutzt werden, um einen Ionenaustausch auszulösen, der als Weichmacher für Wasser oder bei der Entsorgung nuklearer Abfälle für das Filtern von radioaktiven Komponenten nützlich ist. Trotz ihrer vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten sind sich die Wissenschaftler noch nicht sicher darüber, wo die aktiven Stellen bei vielen dieser Materialien zu finden sind. Daher ist die Forschung dazu so wichtig. Das Konsortium bestand aus einem Team von der ETH Zürich in der Schweiz, von der Europäischen Synchroton-Strahlungsanlage (ESRF) in Frankreich, von Diamond Light Source im Vereinigten Königreich sowie von den Universitäten Turin in Italien und Hamburg in Deutschland. Die Ergebnisse wurden online im Magazin Nature Materials veröffentlicht. Gemeinsam haben die Forscher mithilfe stehender Röntgenwellen am ESFR eindeutig und direkt die Verteilung von Aluminium in Zeolithen bestimmt. Die Ergebnisse der Experimente an der ESFR verheißen gute Nachrichten für die Zukunft von Zeolithen. "Indem wir die Frage über die aktiven Stellen beantworten können, öffnen wir die Tür zum Verständnis des Verhältnisses zwischen Struktur und Leistung. Dies wird zu Wegen für die Verbesserung synthetischer Zeolithe führen", erklärt Jeroen van Bokhoven von der ETH Zürich, Leitautor des Artikels in Nature Materials. Weil die Struktur von Zeolithen so klein ist, konnte sie das Team nur mithilfe der Technologie der Synchrotronstrahlungsquellen betrachten. Diese werden häufig mit "Supermikroskopen" verglichen und haben sich in zahlreichen Forschungsbereichen als äußerst wertvoll erwiesen. Aber dies ist nur der Anfang; die nächste Herausforderung besteht in der Untersuchung synthetischer Zeolithe mit der gleichen Technik. Natürliche Zeolithe enthalten Kristalle im Millimeterbereich, während die Körner synthetischer Zeolithe eher viel kleiner sind, oft nicht viel größer als wenige Mikrometer. "Wir haben auch angefangen, einen industriell synthetisierten Zeolith zu erforschen, aber die Untersuchungen sind zu diesem Zeitpunkt noch unvollständig", erklärt Joerg Zegenhagen, der für die Strahllinie der ESRF verantwortlich ist, an der die Experimente durchgeführt wurden. "Wir entwickeln gerade die verschiedenen Elemente der Strahllinie, sodass wird in naher Zukunft dieselbe enorme Menge an Informationen über synthetische Zeolithe wie über Skolezit haben werden", führt er abschließend hinzu.