Propriétés générales des zéolites
Zéolites

1.1 Structure et caractéristiques principales

Le terme de « zéolite » (ou zéolithe) vient du grec et signifie « pierre qui bout ». Les zéolites constituent une classe bien définie d’aluminosilicates cristallins que l’on peut trouver fréquemment dans la nature. Elles possèdent des structures tridimensionnelles formées par l’arrangement de tétraèdres [SiO₄]⁴⁻ et [AlO₄]⁵⁻ liés par des atomes d’oxygène pontants (figure 1).

Une des caractéristiques principales de ces solides réside dans le développement de pores de taille régulière dans le domaine microporeux (< 2 nm), contenant de l’eau adsorbée ainsi que des cations compensateurs.

L’eau est facilement perdue par chauffage et réadsorbée par mise en contact avec une atmosphère humide.

Les cations compensateurs ont pour origine la présence de charges électriques dans le réseau cristallin ; ces charges proviennent de la substitution d’une partie du silicium (4+) par de l’aluminium (3+) sans qu’il soit possible, pour des raisons de répulsion électrostatique (règle de Loewenstein), d’obtenir un rapport Si/Al inférieur à 1. Ces cations possèdent un degré de mobilité important qui donne naissance à des propriétés d’échange en phase liquide.

Les zéolites sont classées en groupes structuraux, à l’intérieur desquels certaines propriétés peuvent varier, en particulier, le rapport Si/Al déjà mentionné. À l’état naturel, environ 40 types sont répertoriés dont la formation est due à des altérations alcalines de matériaux réactifs, en général d’origine volcanique (tuff, verres, argiles).

Les premiers travaux de synthèse datent des années 1940 mais, depuis, la chimie a permis de synthétiser en laboratoire plus de 120 types différents.

Les caractéristiques qui leur sont communes sont :

• faible densité et volumes poreux importants ;

• stabilité cristalline à l’état déshydraté ;

• propriétés d’échange cationique ;

• taille de pores uniforme ;

• propriétés d’adsorption de gaz et de vapeurs ;

• propriétés catalytiques.

Bien...