ZEOLITE DEFINITIE
In 1756 ontdekte de mineraloog Baron Crönsted het Stilbiet. Bij snelle verhitting leek dit mineraal te koken door zijn waterverlies. Crönsted gaf het de naam “zeoliet”, van het Griekse woord “zeo”, dat “koken” betekent, en “lithos” dat “steen” betekent. De zeolietenfamilie is sinds die eerste ontdekking gegroeid en behoort tot de meest talrijke mineralen op aarde. Momenteel zijn er zo’n tweehonderd soorten zeolieten bekend, waarvan er veertig natuurlijk zijn.
Na enkele honderdduizenden jaren vormden natuurlijke zeolieten zich uit vulkanische as die in zeeën of meren werd afgezet. Met het verstrijken van de tijd en als gevolg van het alkalische milieu, veranderde en kristalliseerde de as tot zeolieten. Natuurlijke zeolieten worden geëxploiteerd in mijnen in de open lucht. Het eerste zeoliet werd gesynthetiseerd in 1862, maar pas in 1956 werd een synthetisch zeoliet geproduceerd dat in een natuurlijk milieu niet zou bestaan.
Zeolieten zijn gehydrateerde aluminosilicaten. Hun structuur bestaat uit een driedimensionaal raamwerk van AlO4- en SiO4-tetraëders, gecoördineerd door zuurstofatomen. Zeolieten zijn kationenwisselaars.
Zeolieten worden gebruikt in een veelheid van toepassingen die kunnen worden gegroepeerd in vier hoofdgebieden:
- Adsorptie / Desorptie van vloeistoffen en gassen.
- Energieopslag.
- Kationenuitwisseling.
- Katalyse.
Natuurlijk zeoliet in korrels
Synthetisch zeoliet in Ball
ZEOLIETEN EIGENSCHAPPEN
Gasadsorptie
Zeolieten kunnen organische en minerale moleculen in de gasfase adsorberen zonder enige
wijziging van hun structuur. Deze adsorptie is te danken aan hun hoge specifieke oppervlak (40 tot 800 m2/g) aan enkele hydrofobe-hydrofiele oppervlakte-effecten en aan
hun structuur. Zeolieten worden gebruikt bij de behandeling van industriële gassen en in geval van stankoverlast.
Moleculaire zeven
Zeolieten poriën met constante diameter laten alleen de kleinste moleculen door hun binnenste openingen. Zij maken dus een selectieve scheiding van gas- of vloeistofmengsels mogelijk: het zijn moleculaire zeven.
Wateradsorptie / desorptie
Sommige zeolieten hebben een hoge affiniteit voor water. Dit blijkt uit een adsorptiecapaciteit die kan oplopen tot 30% van het gewicht zonder enige wijziging van het volume. Regeneratie vindt plaats door eliminatie van water dankzij druk- en/of temperatuureffecten. In andere verwerkingsomstandigheden keert het geadsorbeerde water op natuurlijke wijze terug wanneer de omgeving te droog is. Deze omkeerbaarheid van wateradsorptie volgens de hydrische balans maakt van zeolieten enkele perfecte vochtigheidsstabilisatoren.
Organische vloeistoffen en mineralen adsorptie
Zoals voor gassen en water, kunnen zeolieten organische of minerale moleculen adsorberen in de wateroplossing of niet. Deze adsorptie is specifiek voor elke zeoliet. Deze poreigenschap maakt de toepassing van zeolieten mogelijk bij de behandeling van met pesticiden, organisch chloor of koolwaterstoffen beladen afvalwater.
Kationenuitwisselingscapaciteit
Het kation dat belast is met de elektronische neutraliteit van de zeolietstructuur kan worden uitgewisseld. Dit is een selectieve kationenuitwisseling naar gelang van de affiniteit van het zeoliet voor het vervangende kation. De totale kationenuitwisselingscapaciteit en de selectiviteit zijn specifiek voor elk type zeoliet. Deze eigenschap maakt de zeolieten bijzonder nuttig en efficiënt als geen ander voor het elimineren van kationen of het bereiken van controle van hun concentratie in drink- en afvalwater, voor aquacultuur, landbouw en vele andere gebieden.
Katalyse
In hun inwendige structuur kunnen zeolieten plaatsen vertonen die in staat zijn chemische reacties te katalyseren. Deze eigenschap wordt op grote schaal gebruikt in de petrochemie en maakt vele reductie-, oxidatie- of zuur-basereacties mogelijk. Voorzover de reacties in de zeolietstructuur plaatsvinden, kunnen alleen de moleculen worden gevormd die een kleinere ruimte nodig hebben dan die welke door de holten wordt geboden. Zeolieten voeren dus een vormselectiviteit uit op reactieproducten.
Energieopslag en -terugvoer
Bij zeolieten gaat wateradsorptie gepaard met warmteafgifte. De adsorptie/desorptiecyclus kan eindeloos worden vernieuwd en de warmte kan worden overgedragen via compressoren of koelvloeistoffen. Deze eigenschap maakt het mogelijk te koelen of te verwarmen volgens het principe van de warmtepomp.