زئولیت هاهمچنین در جذب و حذ ف آلاینده های محیط زیست ازجمله فلزات سنگین و مضر از آبهای آلوده و فاضلابهای شهری و صنعتی مورد استفاد ه قرارمی گیرند.فاضلابها ممکن است حاوی کاتیونهای عناصر سنگین مانند روی-کادمیوم-مس-آهن-جیوه وآنیونهای مضر چون سیانیدها باشند که می توانند موجب زیانهای اکولوژیکی و زیست محیطی فراوانی گردند و زئولیت ها نقش اساسی در پالایش این کاتیونها و آنیونها دارند.
تولید زئولیت ها
تولید زئولیت ها تحت شرایط گرمابی انجام می گیرد. اصطلاح گرمابی در اینجا به معنی تبلور زئولیت ها از محلول آب دار حاوی اجزای شیمیایی لازم است. پلیمرهای آلومینا سیلیس آبدار با وزن مولکولی کم یعنی Si(OH)4 و Al(OH)3 مونومر هایی هستند که در اثر ترکیب با هم واحدهای ساختاری ثانوی را در فاز محلول به وجود می آورند ، واحدهای ثانوی یا به طور مستقیم به روی هسته یا وجهی از بلور در حال رشد می نشینند و یا قبل از اتصال به صورت چند وجهی بزرگتر شکل می گیرند ، بسیاری از واحدهای ساختاری از این قبیل ممکن است در محلول شکل بگیرند ، لکن فقط تعداد معدودی از آن ها هستند که با موفقیت به بلور در حال رشد متصل می شوند .نوع زئولیت به دست آمده توسط شرایط تولید تعیین می شود .از جمله ی این شرایط می توان به غلظت مواد واکنشگر ،pH ، دما و غلظت مواد افزودنی اشاره نمود.
فاکتور های موثر بر فرایند تولید عبارتند از :
1.طبیعت مواد شرکت کننده در واکنش و فرایند آماده سازی آن ها
2.روشی که از طریق آن، مخلوط واکنش آماده می شود و ترکیب کلی اجزای مخلوط پس از آماده شدن
3.همگن بودن یا غیر همگن بودن
4.pH مخلوط
5.زمان ماند در دمای پایین برای ژل ها
6.نطفه بندی ( هسته زایی )
7.اضافه کردن افزودنی های خاص
8.دما و فشار
فاکتور اول نشانگر این هستند که نطفه بندی به وسیله ی متغیر های ترمودینامیکی ای چون ترکیب ، دما یا فشار کنترل نمی شود .بلکه با فاکتورهای حساس محیطی کنترل می گردد. به طور کلی واکنشگر ها عبارتند از : سدیم آلومینات ، سدیم سیلیکات ؛ سیلیسیک اسید ، سدیم هیدروکسید که برای تنظیم pH اضافه می شود . زئولیتها به روش طبیعی دردریاچه‌های (قلیایی نمکی)، سیستم بازآبهای زیرزمینی، خاکهای محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل میشوند.
خواص عمومی زئولیت ها
ازجمله خواص منحصر به فرد زئولیتها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
تبادل کاتیونی
این خاصیت به یونهای با اتصال ضعیف در زئولیت مربوط است که به آسانی با یونهای دیگر جابجا میشوند . زئولیت های مختلف ازنظر تبادل کاتیونی برای کاتیونهای مختلف ترتیب مشخصی دارند. در کلینوپتیولیت، جانشینی ازCs به سویMg کاهش می یابد:
Cs>Rb>K>NH4>Ba>Sr>Na>Ca>Fe>Al>Mg>Li
در شابازیت، جانشینی ازK به سوی Ca کاهش می یابد:
Ti>Cs>K>Ag>Rb>NH4>Pb>Na=Ba>Sr>Ca>Li
زئولیت برای جداسازی یونهای منیزیم و کلسیم در پاک کننده ها، کود و خاک، غذای حیوانات و نیز برای جداسازی نیتروژن به صورت آمونیاک و فلزات سنگین در کشاورزی آبی،غذای حیوانات خانگی فاضلاب کشاورزی و جداسازی NH3،H2S ،SO2 ،CO2از فضولات جانوری ،گازهای زائد، گازطبیعی شور و آلوده به کار می رود.
فیلتر(غربال) مولکولی
چنانچه زئولیتها در دمای 350 تا 400 درجه سانتیگراد برای چند ساعت حرارت داده شوند، آب موجود در مجاری و فضای کانال مانند آنها آزاد میشود و زئولیتهای بی آب بدست می آیند. قطر فضاهای کانال مانند، مشخص و تابع ترکیب شیمیایی، زئولیتها است. قطر این فضاها در زئولیت های پتاسیمدار، سدیم دار و کلسیم دار به ترتیب 4،3 و5 آنگستروم است.موادی که ابعاد مولکولی آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد، جذب میشوند و آنهایی که بزرگتر هستند، دفع خواهند شد.
قابلیت جذ ب سطحی بعضی از زئولیت ها تا 30درصد وزن آنها است . جانشینی کلسیم به جای سدیم به میزان 30 درصد قطر کانال های زئولیت را افزایش می دهد و جانشینی پتاسیم به جای سدیم موجب کاهش قطر کانال می شود. زئولیتها میتوانند مواد سمی یا مواد با فعل و انفعال زیاد را در خود جذب کنند و به این ترتیب استفاده از مواد سمی جذب شده امکان پذیرگشته است. از زئولیتها در پلیمریزه کردن پلیمرها ولاستیکها و همچنین در چاپهای رنگی استفاده می شود.
زئولیتها ترکیباتی عمدتا طبیعی، ارزان و در دسترس برای استفاده های مختلف بشمار می آیند. ویژگی هایی نظیر قدرت جذب و دفع یونی و نیز قابلیت جذب آب باعث شده است تا این کانی ها بطور فز آینده ای در کشاورزی و تصفیه آب وفاضلاب کاربرد جدی تری پیدا نماید
جذب و دفع
کانالهای زئولیت پس از تخلیه آب، برای جذب سایر مولکولهای کوچک آماده میشوند.این مولکولهای کوچک، بی آنکه راهی برای مولکولهای بزرگتر وجود داشته باشد، به سوی داخل جذب میشوند . در روند رقابت در جذب مولکول ها،مولکولهای پلاریزه که نتیجه فعل و انفعالات الکترواستاتیک، پر شدن چارچوب و یونهای شناور است، بر سایر مولکول ها ترجیح داده میشود. اندازه حفره های مؤثر توسط ابعاد شبکه کنترل میشود. یک زئولیت ممکن است توسط تبادل یونی و نوع جذب تغییر کند. ظرفیت جذب و همچنین ثبات زئولیت، با استخراج یون آلومینیوم از چارچوب آن افزایش می یابد.
یون آلومینیوم خارج شده از این چارچوب جای خود را به یونهای هیدروژن می دهد. در نتیجه، ساختمان بدست آمده شبیه4 (oH)جایگزین شده برای sio4 است .یونهای جذب شده را میتوان با افزایش فشار یا حرارت بیرون کرد یا یونهای دیگر را جانشین آن کرد یا به آن افزود تا جایی که در اثر حرارت، تخریبی در این فعل وانفعال بوجود نیاید.
جذب آب و برخی ترکیبات آلی
قدرت جذب آب زئولیت و از دست دادن آن بدون تخریب ماتریکس میتواند سطح رطوبت را در مناطق کم رطوبت کنترل کند. با تغییر در مقدار رطوبت خاک انرژی گرمایی توده خاک نیز به مقدار قابل ملاحظه ای تغییر می کند. بنابراین نوسانات درجه حرارت در خاکهای مرطوب به مراتب کمتر از خاکهای خشک است. زئولیتها همچنین قادرند حمل کننده بسیاری ازحشره کشها، آفت کشها و قارچ کشها باشند.
جذب انتخابی
جذب و جانشینی یونی در زئولیتها انتخابی است. زئولیتها مولکولهایی را که دارای گشتاور قطبی دائمی باشند، در بیشترموارد جذب می کنند. شعاع و شکل هندسی مولکول و فضاهای خالی موجود در زئولیتها از عاملهای مهم در جذب وجانشینی به شمار می آیند.
زئولیتهای سدیم دار می توانند H2o،Co2،So2 و هیدروکربنهایی را که دست کم دو اتم کربن داشته باشند، جذب کنند همچنین زئولیتهای کلسیم دار می توانند پارافین و الکل را جذب کنند.
معرفی،خواص وکاربردهای زئولیت ها(1)
منبع: تبیان - مریم نائب زاده