ZEOLIT DEFINITION
I 1756 opdagede mineralogen Baron Crönsted stilbit. Under hurtige opvarmningsforhold syntes dette mineral at koge på grund af sit vandtab. Crönsted gav det navnet “zeolit”, fra det græske ord “zeo”, der betyder “at koge”, og “lithos”, der betyder “sten”. Zeolitfamilien er vokset siden denne første opdagelse og er blandt de mest talrige mineraler på Jorden. Der kendes i dag omkring to hundrede zeolittyper, hvoraf de 40 er naturlige.
Efter flere hundrede tusinde år blev naturlige zeolitter dannet af vulkansk aske, der blev aflejret i have eller søer. Med tiden og på grund af det alkaliske miljø ændrede asken sig og krystalliserede sig, indtil den blev til zeolitter. Naturlige zeolitter udnyttes i miner i det fri. Den første zeolit blev syntetiseret i 1862, men først i 1956 blev der fremstillet en syntetisk zeolit, som ikke ville eksistere i et naturligt miljø.
Zeolitter er hydrerede aluminosilikater. Deres struktur består af en tredimensionel ramme af AlO4- og SiO4-tetraedre, der koordineres af oxygenatomer. Zeolitter er kationbyttere.
Zeolitter anvendes i et væld af applikationer, der kan grupperes i fire hovedområder:
- Adsorption / desorption af væsker og gasser.
- Energilagring.
- Kationbytning.
- Katalyse.
Naturlig zeolit i granulat
Syntetisk zeolit i Ball
Zeolitternes egenskaber
Gas adsorption
Zeolitter kan adsorbere organiske og mineralske molekyler i gasfasen uden nogen
modifikation af deres struktur. Denne adsorption skyldes deres høje specifikke
overflade (40 til 800 m2/g), nogle hydrofob-hydrofiliske overfladeeffekter og deres struktur. Zeolitter anvendes til behandling af industrielle gasser og i tilfælde af
lugtgener.
Molekylære si
Zeolitternes porer med konstant diameter lader kun de mindste molekyler passere deres indre åbninger. De muliggør derfor en selektiv adskillelse af gas- eller væskeblandinger: de er molekylærsivere.
Vand adsorption / desorption
Nogle zeolitter har en høj affinitet for vand, hvilket viser sig ved en adsorptionskapacitet, der kan nå op på 30 vægtprocent uden nogen volumenændring. Regenerering finder sted ved at fjerne vand ved hjælp af tryk- og/eller temperaturpåvirkninger. Under andre behandlingsforhold vender det adsorberede vand naturligt tilbage, når miljøet er for tørt. Denne reversibilitet i vandadsorptionen i henhold til vandbalancen gør zeolitterne til perfekte fugtighedsstabilisatorer.
Adsorption af organiske væsker og mineraler
Som for gasser og vand kan zeolitterne adsorbere organiske eller mineralske molekyler i vandopløsningen eller ej. Denne adsorption er specifik for hver zeolit. Denne portabilitet gør det muligt at anvende zeolitter til behandling af pesticid-, organisk klor- eller kulbrintebelastede spildevand.
Kationudvekslingskapacitet
Det kation, der er ladet af den zeolitiske strukturs elektroniske neutralitet, kan udveksles. Der er tale om en selektiv kationudveksling i henhold til zeolitens affinitet for det erstattende kation. Den samlede kationbyttekapacitet og selektiviteten er specifik for hver zeolittype. Denne egenskab gør zeolitterne særligt nyttige og effektive som ingen andre til eliminering af kationer eller til kontrol af deres koncentration i drikke- og spildevand, til akvakultur, landbrug og mange andre områder.
Katalyse
I deres indre struktur kan zeolitterne have steder, der er i stand til at katalysere kemiske reaktioner. Denne egenskab er meget udbredt i petrokemien og muliggør mange reduktions-, oxidations- eller syre-base-reaktioner. For så vidt som reaktionerne finder sted i den zeolitiske struktur, kan kun de molekyler, der har brug for et mindre rum end det, som hulrummene giver, dannes. Zeolitterne har således en formselektivitet i forhold til reaktionsprodukterne.
Energilagring og returnering
For så vidt angår zeolitter sker vandadsorption sammen med en varmeafgivelse. Adsorptions-/desorptionscyklussen kan fornyes i det uendelige, og varmen kan overføres gennem kompressorer eller kølevæske. Denne egenskab gør det muligt at køle eller opvarme efter varmepumpeprincippet.