زئولیت Zeolite

زئولیت (به انگلیسی: Zeolite) یک ماده معدنی است که عمدتاً از آلومینو سیلیکات تشکیل شده و کاربرد تجاری عمده آن در صنایع یه عنوان جاذب سطحی است.

واژه زئولیت در اصل در سال ۱۷۵۶ توسط کانی شناس سویدی اکسل فردریک کرونستد ( به انگلیسی : Axel Fredrik Cronstedt ) ابداع شد. نام زئولیت از ترکیب دو واژه یونانی (ζέω (zéo، به معنی «جوش» و (λίθος (lithos، به معنای «سنگ» تشکیل شده‌است.

زئولیت‌ها به‌طور گسترده‌ای در صنعت برای تصفیه آب، به عنوان کاتالیزور و برای تهیه مواد پیشرفته استفاده می‌شود. مهم‌ترین استفاده زئولیت در تولید پاک‌کننده‌های لباس است. همچنین در پزشکی و کشاورزی نیز کاربرد دارد. از بین زئولیت‌های طبیعی فقط ۹ دسته به مقدار زیاد در طبیعت یافت می‌شوند.

خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت‌های طبیعی متفاوت بوده و در بین نمونه‌های مختلف یک نوع خاص از زئولیت نیز تفاوت‌هایی در خواص فیزیکی (اندازه منفذ، اندازه بلور، ظرفیت تبادل یونی و ظرفیت جذبی) و تر کیب شیمیایی وجود دارد.

موارد استفاده زئولیت‌های مصنوعی و طبیعی از خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها منشأ می‌گیرد که خود آن هم به نوبه خود تابعی از ساختمان بلوری و ترکیب شیمیایی زئولیت‌ها است.

تعدادی از زئولیت‌های طبیعی عبارتند از: – Analcime – Chabazite – Clinoptilolite – Erionite – Faujasite – Ferrierite – Laumontite – Mordenite – Pillipsite – Heulandite .

از کاربردهای زئولیت می‌توان موارد زیر را به اختصار بیان نمود:

کشاورزی ( گلخانه ها – استخرهای پرورش ماهی )‌

محصولات خانگی ( بوگیرها )

محصولات صنعتی ( جداسازی گازها )

محیط زیست ( جذب کننده آلاینده ها )

آب و فاضلاب ( حذف آمونیاک موجود در لجن )‌

طبقه بندی زئولیت ها : 

چند نوع طبقه بندی برای زئولیت‌ها وجود دارد :

یک : طبقه‌بندی قدیمی بر اساس شکل بلور . در این طبقه‌بندی زئولیت‌ها به بلورهای رشته‌ای، ستونی و مختلط تقسیم‌بندی می‌شوند.

دو : طبقه‌بندی دیگر بر اساس منشأ شکل‌گیری ؛ که از این نظر زئولیت‌ها به دو نوع رسوبی و آتشفشانی تقسیم‌بندی می‌گردند. در زئولیت‌های رسوبی نسبت سیلیسیم به آلومینیوم بزرگتر از زئولیت‌های آتشفشانی است. زئولیت‌های موجود در ایران از نوع رسوبی هستند، در حالی‌که اکثر گونه‌های طبیعی زئولیت‌های موجود در جهان از نوع آتشفشانی هستند.

سه : تقسیم‌بندی بر اساس خواص اسیدی یا بازی زئولیت‌ها. در این تقسیم‌بندی زئولیت‌هایی که نسبت آلومینیوم به سیلیسیم (Al به Si) در آن‌ها در دامنه ۸/۰ به بالا باشند، جزء زئولیت‌های اسیدی و زئولیت‌هایی که در آن‌ها این نسبت بین ۵/۰ تا ۶/۰ و کم‌تر باشد، جزء زئولیت‌های قلیایی طبقه‌بندی می‌شوند.

خواص زئولیت‌ها : 

‌تراکم زئولیت‌های طبیعی در دامنه ۹/۱ تا ۲/۲ میلی‌گرم در متر مکعب است. با وجود این تراکم زئولیت‌هایی که مقادیر زیادی باریم و استرانسیم دارند، ممکن است در حدود ۵/۲ تا ۸/۲ میلی‌گرم در متر مکعب باشند.

اکثر مواد زئولیتی بی‌رنگ یا سفید هستند. با این حال بعضی از آن‌ها که حاوی مقادیر جزئی یا کم آهن هستند، به رنگ زرد کم رنگ یا قهوه ای مایل به قرمز دیده می‌شوند. زئولیت‌ها در حالت تعلیق باعث به وجود آوردن pHهای ۵/۹ تا ۵/۱۰ شده و در نتیجه تجزیه کامل یا نسبی موجب ایجاد pHهای بالاتری نیز می‌گردند. اگر چه اغلب زئولیت‌های حاوی Si کم یا متوسط (نسبت Si به Al به ترتیب برابر ۵/۱ به ۱ و ۲ به ۵/۱) در محلول‌های اسیدی با pH پایین‌تر از ۳ متلاشی می‌شوند، بعضی گونه‌های حاوی Si زیاد مثل کلینوپتیلولیت و موردنیت در pH حدود ۲ نیز پایدار هستند و برای دوره‌های کوتاه‌تر حتی در pH پایین‌تر از ۲ نیز پایدار می‌باشند. به‌طور کلی نوع رسوبی یک گونه زئولیت خاص، در مقابل اسید پایدارتر از نوع آتشفشانی آن است. زیرا معمولاً حاوی Si بیش‌تری می‌باشند.

بطور کلی زئولیت ها با خواص زیر مشخص می شوند :

– درجه بالای آب‌دار (هیدراته) شدن – در زمان بی آب (دهیدراته) شدن، –  تراکم پایین و فضاهای خالی بیشتری دارند. – ساختمان بلوری اغلب زئولیت‌ها موقع بی آب شدن، پایدار می‌ماند. – دارای خاصیت تبادل کاتیونی هستند. – بلور دهیدراته دارای کانال‌های یکنواختی از نظر مولکولی و اندازه می‌باشد. – خواص فیزیکی متنوعی از قبیل هدایت الکتریکی – ضریب گازها و بخارها – خواص کاتالیتیکی – جذب و شبکه یونی

خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها :

زئولیت ها معمولاً دارای چگالی بین ۲ تا ۳/۲ گرم بر سانتی متر مکعب هستند.

اما زئولیت‌های غنی از باریم، استثناء بوده و چگالی آن‌ها ممکن است بین ۵/۲ تا ۸/۲ گرم بر سانتی متر مکعب باشد. عموماً ساختمان زئولیت‌ها باز است و در نتیجه سطح ویژه ای شبیه به کانی‌های سیلیکاتی ۱:۲ قابل انبساط از خود نشان می‌دهند. جذب آب در هر واحد سلولی زئولیت نسبتاً زیاد است. البته میزان جذب آب بستگی به نوع زئولیت و هم‌چنین نوع کاتیون‌های موجود در کانال‌های آن دارد. به‌طور کلی عرض کانال‌ها، اندازه کاتیون‌ها و انرژی هیدراتاسیون، تعیین‌کننده میزان آب جذب شده به وسیله این کانی‌ها هستند. ظرفیت تبادل کاتیونی زئولیت‌ها از ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی اکیوالان در ۱۰۰ گرم آن گزارش شده‌است. به‌طور کلی عرض کانال‌ها، انتشار یونی یا مولکولی، مقدار آب و هیدراته شدن، از عوامل مهم و تعیین‌کننده میزان ظرفیت تبادل کاتیونی آن‌ها است. زئولیت‌ها می‌توانند مانند غربال عمل کنند. به عنوان مثال آنالیست می‌تواند سدیم را آزادانه با Ti, Ag, NH4، K و Rb مبادله کند، ولی میزان تبادل Rb با Cs در آن بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است. جذب انتخابی یون‌های فلزات سنگین Ag و Ti در همه زئولیت‌ها بسیار متداول کلینوپتیلولایت برای جدا کردن و غیر متحرک کردن یون‌های رادیواکتیو از فاضلاب‌ها به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.