ZEOLIITIN MÄÄRITELMÄ
Mineralogi Crönstedin paroni löysi vuonna 1756 Stilbiitin. Nopeissa kuumennusolosuhteissa tämä mineraali näytti kiehuvan vesihäviönsä vuoksi. Crönsted nimesi sen ”zeoliitiksi”, kreikan sanasta ”zeo”, joka tarkoittaa ”kiehua” ja ”lithos”, joka tarkoittaa ”kiveä”. Zeoliittiperhe on kasvanut tuon ensimmäisen löydön jälkeen, ja se on yksi maapallon runsaslukuisimmista mineraaleista. Tällä hetkellä tunnetaan noin kaksisataa zeoliittityyppiä, joista neljäkymmentä on luonnollisia.
Monien satojen tuhansien vuosien jälkeen luonnolliset zeoliitit muodostuivat meriin tai järviin laskeutuneesta vulkaanisesta tuhkasta. Tuhka muuttui ja kiteytyi ajan kuluessa ja kalkkiutuneen ympäristön vuoksi, kunnes se muuttui zeoliiteiksi. Luonnollisia zeoliitteja hyödynnetään avolouhoksissa. Ensimmäinen zeoliitti syntetisoitiin vuonna 1862, mutta vasta vuonna 1956 valmistettiin synteettinen zeoliitti, jota ei olisi olemassa luonnollisessa ympäristössä.
Zeoliitit ovat hydratoituneita aluminosilikaatteja. Niiden rakenne koostuu kolmiulotteisesta AlO4- ja SiO4-tetraedereistä, joita happiatomit koordinoivat. Zeoliitit ovat kationinvaihtimia.
Zeoliitteja käytetään lukuisissa sovelluksissa, jotka voidaan ryhmitellä neljään pääalueeseen:
- Nesteiden ja kaasujen adsorptio/desorptio.
- Energian varastointi.
- Kationinvaihto.
- Katalyysi.
Luonnollinen zeoliitti rakeina
Zéolithe Synthétique en Bille
Synteettinen zeoliitti billeissä
Synteettinen zeoliitti. Pallo
ZEOLIITTIEN OMINAISUUDET
Kaasujen adsorptio
Zeoliitit voivat adsorboida orgaanisia ja mineraalisia molekyylejä kaasufaasissa ilman
rakenteensa muuttamista. Tämä adsorptio johtuu niiden suuresta ominais
pinta-alasta (40-800 m2/g), joistakin hydrofobis-hydrofiilisistä pintaefekteistä ja
niiden rakenteesta. Zeoliitteja käytetään teollisuuskaasujen käsittelyssä sekä
hajuhaittojen tapauksessa.
Molekyyliseulat
Zeoliittien huokoset, joilla on vakiohalkaisija, päästävät vain pienimmät molekyylit niiden sisäaukkojen läpi. Näin ollen ne mahdollistavat kaasu- tai nesteseosten selektiivisen erottamisen: ne ovat molekyyliseuloja.
Veden adsorptio / desorptio
Joidenkin zeoliittien affiniteetti vettä kohtaan on suuri.Tämä näkyy adsorptiokapasiteettina, joka voi olla jopa 30 painoprosenttia ilman tilavuuden muutosta. Regenerointi tapahtuu poistamalla vettä paineen ja/tai lämpötilan vaikutuksesta. Muissa käsittelyolosuhteissa adsorboitunut vesi palaa luonnollisesti takaisin, kun ympäristö on liian kuiva. Tämä veden adsorption palautuvuus vesitasapainon mukaan tekee zeoliiteista joitakin täydellisiä kosteuden stabiloijia.
Organisten nesteiden ja mineraalien adsorptio
Kuten kaasujen ja veden, zeoliitit voivat adsorboida orgaanisia tai mineraalimolekyylejä vesiliuoksessa tai ilman. Tämä adsorptio on kullekin zeoliitille ominaista. Tämä huokoisuus mahdollistaa zeoliittien käytön torjunta-aineilla, orgaanisella kloorilla tai hiilivedyillä kuormitettujen jätevesien käsittelyssä.
Kationinvaihtokapasiteetti
Teoliittirakenteen elektronisen neutraaliuden varaama kationi voidaan vaihtaa. Kyseessä on selektiivinen kationinvaihto zeoliitin affiniteetin mukaan korvaavaa kationia kohtaan. Kationinvaihdon kokonaiskapasiteetti ja selektiivisyys ovat kullekin zeoliittityypille ominaisia. Tämän ominaisuuden ansiosta zeoliitit ovat erityisen käyttökelpoisia ja tehokkaita kuin mitkään muut kationien poistamiseen tai niiden pitoisuuksien hallintaan juoma- ja jätevesissä, vesiviljelyssä, maataloudessa ja monilla muilla aloilla.
Katalyysi
Sisärakenteessaan zeoliitit voivat osoittaa paikkoja, jotka voivat katalysoida kemiallisia reaktioita. Tätä ominaisuutta käytetään laajalti petrokemiassa, ja se mahdollistaa monet pelkistys-, hapettumis- tai happo-emäsreaktiot. Sikäli kuin reaktiot tapahtuvat zeoliittirakenteessa, vain molekyylit, jotka tarvitsevat pienempää tilaa kuin onteloiden tarjoama tila, voivat muodostua. Zeoliitit toteuttavat siten reaktiotuotteille muotoselektiivisyyttä.
Energian varastointi ja palautus
Zeoliiteissa veden adsorptio tapahtuu yhdessä lämmön vapautumisen kanssa. Adsorptio-/desorptiokierto voidaan uusia loputtomasti ja siirtää lämpöä kompressorien tai jäähdytysnesteiden kautta. Tämän ominaisuuden ansiosta voidaan jäähdyttää tai lämmittää lämpöpumppuperiaatteen mukaisesti.