زئولیت

زئولیت چیست؟ این ماده در کشاورزی و در فرایند های تصفیه ی آب به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. برای آشنایی با انواع این ماده و کاربرد های آن متن زیر را مطالعه نمایید.

خواص و ویژگی ها

زئولیت های طبیعی منابع فراوان و ارزان قیمتی دارند و از کریستال‌های آلومینا سیلیکات هیدراته ساخته شده‌اند. این ترکیبات خواص فیزیکی شیمیایی با ارزشی، مانند تبادل کاتیونی، غربال ملکولی، کاتالیزور و جاذب دارند. ساختار آن‌ها به صورت متخلخل می‌باشد، که این تخلخل‌ها حاوی آب و کاتیون‌های قلیایی و قلیایی خاکی می‌باشد. از زمان کشف این ماده معدنی در یک سنگ رسوبی آتشفشانی، توف‌های tuff (نوعی سنگ اتشفشانی) زئولیت در بسیاری از مناطق جهان کشف شده است.

.

.

کاربرد ها

در دهه‌های اخیر این ماده طبیعی کاربردهای متنوعی در جذب، کاتالیز، صنعت ساختمان، کشاورزی، اصلاح خاک و انرژی پیدا کرده‌اند. زئولیت ‌های طبیعی مختلف در سراسر جهان،  ظرفیت تبادل یونی متفاوتی برای کاتیون‌های مختلف مانند آمونیوم و فلزات سنگین از خود نشان می‌دهند. علاوه بر این برخی از آن ‌ها توانایی جذب آنیون‌ها و ترکیبات آلی را نیز دارند. اصلاح زئولیت‌ ها به روش‌های مختلفی همچون اسیدشویی و تبادل یونی انجام می‌گیرد. با این کار ظرفیت جذب این مواد برای جذب آنیون‌ها و ترکیبات آلی افزایش پیدا می‌کند.

کاربرد در تصفیه آب:

امروزه جهان به دلیل کمبود آب آشامیدنی تمیز با بحران آب روبه‌رو است. با پیشرفت سریع صنایع مختلف، مقدار زیادی فاضلاب از فرآیندهای صنعتی تولید شده و در خاک‌ها و سیستم‌های آب تخلیه می‌شود. پساب‌ها معمولا حاوی آلودگی‌های مختلف مانند یون‌های کاتیونی و آنیونی، روغن‌ها و ترکیبات آلی  هستند، که تاثیرات منفی بر روی اکوسیستم دارند.

 حذف این آلاینده‌ ها به تکنولوژی‌ های پیچیده و گران قیمت نیاز دارد. اخیرا، اعتقاد بر این است که می‌توان از جذب به عنوان یک تکنولوژی ساده و موثر برای تصفیه آب و پساب استفاده کرد. این تکنولوژی به طور گسترده‌ای به کارآیی جاذب بستگی دارد. کربن فعال، خاک رس معدنی، بایومواد، زئولیت و برخی از ضایعات جامد صنعتی به طور گسترده‌ای به عنوان جاذب در تصفیه آب و پساب و حذف یون‌ها و ترکیبات آلی استفاده شده‌اند. در سال‌ های اخیر تحقیقات و گزارشات زیادی مبنی بر استفاده از زئولیت ‌های طبیعی در تصفیه آب ارائه شده است.

یکی از انواع آلاینده های خطرناک که در دهه های اخیر با افزایش جمعیت و پیشرفت صنعت موجب آلودگی شدید در پساب های صنعتی شده است فلزات سنگین هستند. این آلاینده ها سلامت انسان، حیوانات و گیاهان را به شدت مورد تهدید قرار می دهد. اکثر این آلودگی ها شامل Hg، Pb، Ag، Cu، Cd، Cr، Zn، Ni، Co و Mn می باشد. در جدول زیر خلاصه ای از مطالعات صورت گرفته بر روی جذب فلزات سنگین با استفاده از زئولیت های مختلف آورده شده است.

 

زئولیتیون فلزیجذب (meq/gr)
کلینوپتیلولیت ترکیهPb2+0.299-0.73
Zn2+0.108-0.251
Cu2+0.022-0.227
Ni2+0.017-0.173
کلینوپتیلولیت اکراینPb2+0.134
Cu2+0.405
Ni2+0.222
Cd2+0.0375

 

انواع

زئولیتهای مختلفی در سراسر جهان شناخته شده‌اند. کلینوپتیلولیت، موردنیت، فیلیپسیت، چابازیت،انالسیم و لومونتیت اشکال رایج زئولیت هستند، در حالی که آفریت، پالینگیت، باریریت و مازیت بسیار نادر هستند.  در این میان کلینوپتیلولیت فراوان ترین نوع این ماده به صورت طبیعی می‌باشد و بیشترین کاربرد را دارد. در جدول های زیر فرمول شیمیایی و ساختار فضایی انواع مختلف آن آورده شده است.

نوعفرمول شیمیاییساختار فضایی
کلینوپتیلولیت(K2,Na2,Ca)3Al6Si30O72.21H2Oمنوکلینیک
موردنیت(Na2,Ca)4Al8Si40O96.28H2Oراست لوزی
چابازیت(Ca,Na2,K2)2Al4Si8O­24.12H2Oسه شیب یا لوزوجه
فیلیپسیتK2(Ca,Na)2Al8Si10O32.12H2Oمنوکلینیک
سکولسیتCa4Al8Si12O40.12H2Oمنوکلینیک
استیلبیتNa2Ca4Al10Si26O72.30H2Oمونوکلینیک
آنالسیمNa16Al16Si32O96.16H­2Oمکعبی
لومونتیتCa4Al8S16O48.16H2Oمونوکلینیک
اریونیت(Na2,K2,Ca,Mg)3Al6Si30O72.28H2Oشش وجهی
فریریت(Na2,K2,Ca,Mg)Al6Si30O72.20H2Oراست لوزی

 

در زیر نمونه ای از کلینوپتیلولیت به همراه تصویر SEM آن را مشاهده می کنید.

انواع زئولیت

در جدول زیر مقادیر ترکیبات شیمیایی زئولیت های مختلف آورده شده است.

نوعSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OTiO2K2O
کلینوپتیلولیت ترکیه70.912.41.212.540.830.280.0894.46
کلینوپتیلولیت ایرانی7010.460.460.22.860.020.02
کلینوپتیلولیت کوبا62.3613.141.632.721.223.991.2
موردنیت برزیل67.8214.960.421.870.180.320.074.47
فیلیپسیت و چاپازیت ایتالیا56.4215.84.082.420.862.350.0048.14
کلینوپتیلولیت ترکیه69.7211.741.212.30.310.764.14
کلینوپتیلولیت چین65.529.891.043.170.612.310.210.88
کلینوپتیلولیت و موردنیت شیلی671323.20.692.60.20.45
کلینوپتیلولیت ترکیه69.3113.111.312.071.130.522.83
کلینوپتیلولیت کرواسی64.9313.392.0721.082.41.3
کلینوپتیلولیت و موردنیت ایرانی66.511.811.33.110.722.010.213.12
کلینوپتیلولیت ترکیه64.999.993.993.511.010.181.95
کلینوپتیلولیت چین68.277.481.952.611.870.681.69
کلینوپتیلولیت ترکیه70140.752.51.150.20.052.3
کلینوپتیلولیت چین69.511.050.082.950.132.950.141.13
کلینوپتیلولیت اوکراین67.2912.321.263.010.290.660.262.76
موردنیت اوکراین64.5612.020.953.580.680.940.232.03
کلینوپتیلولیت اسلواکی67.1612.32.32.911.10.660.172.28
کلینوپتیلولیت کرواسی55.813.321.35.750.70.942.35
کلینوپتیلولیت اکراین66.712.31.052.11.070.662.96
کلینوپتیلولیت استرالیا68.2612.991.372.090.833.90.234.11

 

اصلاح زئولیت‌ های طبیعی

ویژگی های جذب هر زئولیت وابسته به خواص فیزیکی و شیمیایی جاذب می‌باشد. نسبت Si/Al و نوع کاتیون بیشترین تاثیر را بر جذب دارند. این خصوصیات را میتوان با چندین روش شیمیایی برای بهبود راندمان جداسازی زئولیت های طبیعی بهبود بخشید. روش‌ های اصلاح با اسید شویی و آغشته سازی با سورفکتانت توسط تبادل یونی دو روش رایج برای اصلاح هستند.

به طور کلی اسید شویی این ترکیبات باعث از بین بردن ناخالصی هایی که منافذ انها را پر کرده می شود. البته اسیدشویی ممکن است، به مرور زمان ساختار آن را بین ببرد. دو روش اصلی اصلاح وجود دارد که می توان با استفاده از آن زئولیت تبادل پروتنی تولید کرد. یکی تبادل آمونیوم و به دنبال آن کلسیناسیون و دو تبادل مستقیم یونی با محلول اسیدی رقیق. در روش تبادل آمونیوم ساختار حفظ می شود در حالی اسیدشویی به طور کلی باعث تخریب و کاهش پایداری حرارتی می شود.

منابع:

Wang, S., & Peng, Y. (2010). Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical Engineering Journal, 156(1), 11–24.

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *