DEFINICJAZEOLITU
W 1756 roku mineralog baron Crönsted odkrył stilbit. W warunkach szybkiego ogrzewania minerał ten wydawał się być w stanie wrzenia z powodu utraty wody. Crönsted nazwał go „zeolit”, od greckiego słowa „zeo”, co oznacza „gotować” i „lithos”, co oznacza „kamień”. Rodzina zeolitów rozrosła się od czasu tego pierwszego odkrycia i należy do najliczniejszych minerałów na Ziemi. Obecnie znanych jest około dwustu rodzajów zeolitów, w tym czterdzieści naturalnych.
Po kilkuset tysiącach lat zeolity naturalne powstały z popiołów wulkanicznych osadzających się w morzach lub jeziorach. Z upływem czasu i pod wpływem środowiska alkalicznego popioły ulegały przeobrażeniu i krystalizacji, aż do powstania zeolitów. Naturalne zeolity są eksploatowane w kopalniach odkrywkowych. Pierwszy zeolit zsyntetyzowano w 1862 r., ale dopiero w 1956 r. wyprodukowano syntetyczny zeolit, który nie występowałby w środowisku naturalnym.
Zeolity są uwodnionymi glinokrzemianami. Ich struktura składa się z trójwymiarowego szkieletu tetraedrów AlO4 i SiO4 koordynowanych przez atomy tlenu. Zeolity są wymiennikami kationów.
Zeolity są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, które można pogrupować w cztery główne obszary:
- Adsorpcja / Desorpcja cieczy i gazów.
- Przechowywanie energii.
- Wymiana kationów.
- Kataliza.
Naturalny zeolit w granulkach
Syntetyczny zeolit w… Ball
WŁAŚCIWOŚCI ZEOLITÓW
Asorpcja gazów
Zeolity mogą adsorbować cząsteczki organiczne i mineralne w fazie gazowej bez jakiejkolwiek
modyfikacji ich struktury. Adsorpcja ta wynika z ich wysokiej specyficznej
powierzchni (40 do 800 m2/g) z pewnych hydrofobowo-hydrofilowych efektów powierzchniowych oraz z
ich struktury. Zeolity są stosowane w oczyszczaniu gazów przemysłowych, jak również w przypadku uciążliwości zapachowych.
Sita molekularne
Pory zeolitów o stałej średnicy przepuszczają tylko najmniejsze cząsteczki przez swoje wewnętrzne otwory. Dlatego umożliwiają selektywną separację gazów lub mieszanin ciekłych: są sitami molekularnymi.
Adsorpcja / desorpcja wody
Niektóre zeolity mają wysokie powinowactwo do wody, o czym świadczy pojemność adsorpcyjna, która może sięgać 30% wagowych bez zmiany objętości. Regeneracja odbywa się poprzez eliminację wody dzięki efektom ciśnienia i/lub temperatury. W innych warunkach przetwarzania, zaadsorbowana woda powraca w sposób naturalny, gdy środowisko jest zbyt suche. Ta odwracalność adsorpcji wody zgodnie z równowagą hydrologiczną czyni zeolit doskonałymi stabilizatorami wilgotności.
Asorpcja cieczy organicznych i minerałów
Jak w przypadku gazów i wody, zeolity mogą adsorbować cząsteczki organiczne lub mineralne w roztworze wodnym lub nie. Adsorpcja ta jest specyficzna dla każdego zeolitu. Ta porpertyczność umożliwia zastosowanie zeolitów w oczyszczaniu ścieków obciążonych pestycydami, chlorem organicznym lub węglowodorami.
Zdolność wymiany kationów
Kation odpowiedzialny za neutralność elektroniczną struktury zeolitowej może być wymieniany. Jest to selektywna wymiana kationów w zależności od powinowactwa zeolitu do wymienianego kationu. Całkowita pojemność wymiany kationów i selektywność są specyficzne dla każdego typu zeolitu. Ta właściwość sprawia, że zeolity są szczególnie przydatne i wydajne jak żadne inne do eliminacji kationów lub osiągnięcia kontroli ich stężenia w wodach pitnych i ściekach, w akwakulturze, rolnictwie i wielu innych dziedzinach.
Kataliza
W ich wewnętrznej strukturze zeolity mogą wykazywać miejsca zdolne do katalizowania reakcji chemicznych. Właściwość ta jest szeroko wykorzystywana w petrochemii i umożliwia wiele reakcji redukcji, utleniania czy kwasowo-zasadowych. O ile reakcje zachodzą w strukturze zeolitu, mogą powstawać tylko te cząsteczki, które potrzebują mniejszej przestrzeni niż ta, którą zapewniają wnęki. Zeolity wykazują więc selektywność kształtu produktów reakcji.
Przechowywanie i zwrot energii
W przypadku zeolitów adsorpcja wody następuje wraz z wydzielaniem ciepła. Cykl adsorpcji/desorpcji może być powtarzany w nieskończoność, a ciepło przekazywane przez sprężarki lub ciecze chłodzące. Ta właściwość umożliwia chłodzenie lub ogrzewanie zgodnie z zasadą pompy ciepła.
.