Definizione di zeolite
Nel 1756, il mineralogista Barone Crönsted scoprì la Stilbite. In condizioni di riscaldamento rapido questo minerale sembrava bollire a causa della sua perdita d’acqua. Crönsted lo chiamò “zeolite”, dal greco “zeo”, che significa “bollire” e “lithos” che significa “pietra”. La famiglia delle zeoliti è cresciuta da quella prima scoperta ed è tra i minerali più numerosi sulla Terra. Attualmente si conoscono circa duecento tipi di zeoliti, di cui quaranta sono naturali.
Dopo diverse centinaia di migliaia di anni, le zeoliti naturali si sono formate da ceneri vulcaniche depositate in mari o laghi. Con il passare del tempo e a causa dell’ambiente alcalino, le ceneri si sono alterate e cristallizzate fino a diventare zeoliti. Le zeoliti naturali sono sfruttate in miniere a cielo aperto. La prima zeolite è stata sintetizzata nel 1862 ma solo nel 1956 è stata prodotta una zeolite sintetica che non esisterebbe in un ambiente naturale.
Le zeoliti sono alluminosilicati idratati. La loro struttura consiste in un quadro tridimensionale di tetraedri di AlO4 e SiO4 coordinati da atomi di ossigeno. Le zeoliti sono scambiatori di cationi.
Le zeoliti sono usate in una moltitudine di applicazioni che possono essere raggruppate in quattro aree principali:
- Adsorbimento / Desorbimento di liquidi e gas.
- Accumulo di energia.
- Scambio cationico.
- Catalisi.
Zeolite naturale in granuli
Zeolite sintetica in Ball
PROPRIETÀ DELLE ZEOLITI
Assorbimento dei gas
Le zeoliti possono adsorbire molecole organiche e minerali in fase gassosa senza alcuna
modificazione della loro struttura. Questo adsorbimento è dovuto alla loro elevata superficie specifica (da 40 a 800 m2/g) ad alcuni effetti di superficie idrofobica-idrofila e alla loro struttura. Le zeoliti sono utilizzate nel trattamento dei gas industriali così come in
caso di disturbo degli odori.
Setacci molecolari
I pori delle zeoliti con diametro costante lasciano passare solo le molecole più piccole nelle loro aperture interne. Quindi permettono una separazione selettiva di miscele gassose o liquide: sono setacci molecolari.
Assorbimento / desorbimento dell’acqua
Alcune zeoliti hanno un’alta affinità per l’acqua, il che è dimostrato da una capacità di adsorbimento che può raggiungere il 30% in peso senza alcuna modifica di volume. La rigenerazione avviene eliminando l’acqua grazie agli effetti della pressione e/o della temperatura. In altre condizioni di lavorazione, l’acqua adsorbita ritorna naturalmente quando l’ambiente è troppo secco. Questa reversibilità dell’adsorbimento dell’acqua secondo l’equilibrio idrico fa delle zeoliti dei perfetti stabilizzatori di umidità.
Assorbimento di liquidi organici e minerali
Come per i gas e l’acqua, le zeoliti possono adsorbire o meno le molecole organiche o minerali nella soluzione acquosa. Questo adsorbimento è specifico per ogni zeolite. Questa proprietà permette l’applicazione delle zeoliti nel trattamento di effluenti carichi di pesticidi, cloro organico o idrocarburi.
Capacità di scambio cationico
Il catione in carica della neutralità elettronica della struttura zeolitica può essere scambiato. Si tratta di uno scambio cationico selettivo secondo l’affinità della zeolite per il catione di sostituzione. La capacità totale di scambio cationico e la selettività sono specifiche per ogni tipo di zeolite. Questa proprietà rende le zeoliti particolarmente utili ed efficienti come nessun altro per l’eliminazione dei cationi o per ottenere il controllo della loro concentrazione nelle acque potabili e reflue, per l’acquacoltura, l’agricoltura e molti altri campi.
Catalisi
Nella loro struttura interna le zeoliti possono esibire siti capaci di catalizzare reazioni chimiche. Questa proprietà è ampiamente utilizzata in petrolchimica e permette molte reazioni di riduzione, ossidazione o acido-base. Nella misura in cui le reazioni avvengono nella struttura zeolitica, solo le molecole che hanno bisogno di uno spazio più piccolo di quello fornito dalle cavità possono formarsi. Le zeoliti realizzano così una selettività di forma sui prodotti di reazione.
Accumulo e restituzione di energia
Per quanto riguarda le zeoliti l’adsorbimento dell’acqua avviene insieme al rilascio di calore. Il ciclo di adsorbimento/desorbimento può essere rinnovato all’infinito e il calore trasferito attraverso compressori o liquidi refrigeranti. Questa proprietà permette di raffreddare o riscaldare secondo il principio della pompa di calore.