ZEOLIT DEFINITION
1756 upptäckte mineralogen Baron Crönsted stilbit. Under snabba uppvärmningsförhållanden verkade detta mineral koka på grund av sin vattenförlust. Crönsted gav det namnet ”zeolit”, från det grekiska ordet ”zeo” som betyder ”koka” och ”lithos” som betyder ”sten”. Zeolitfamiljen har vuxit sedan den första upptäckten och hör till de mest talrika mineralerna på jorden. För närvarande känner man till cirka tvåhundra typer av zeoliter, varav fyrtio är naturliga.
Efter flera hundra tusen år bildades naturliga zeoliter från vulkanisk aska som avsatts i hav eller sjöar. Med tiden och på grund av den alkaliska miljön förändrades och kristalliserades askan tills den blev till zeoliter. Naturliga zeoliter exploateras i dagbrott. Den första zeoliten syntetiserades 1862, men först 1956 tillverkades en syntetisk zeolit som inte skulle existera i en naturlig miljö.
Zeoliter är hydratiserade aluminiumsilikater. Deras struktur består av ett tredimensionellt ramverk av AlO4- och SiO4-tetraeder som koordineras av syreatomer. Zeoliter är katjonbytare.
Zeoliter används i en mängd olika tillämpningar som kan delas in i fyra huvudområden:
- Adsorption/desorption av vätskor och gaser.
- Energilagring.
- Katjonbytet.
- Katalys.
Naturlig zeolit i Granulat
Syntetisk zeolit i Ball
Zeoliters egenskaper
Gasadsorption
Zeoliter kan adsorbera organiska och mineraliska molekyler i gasfasen utan någon
modifiering av deras struktur. Denna adsorption beror på deras höga specifika
yta (40-800 m2/g), på vissa hydrofoba-hydrofila yteffekter och på
deras struktur. Zeoliter används för behandling av industrigaser och vid
luktolägenheter.
Molekylära silar
Zeoliters porer med konstant diameter släpper bara igenom de minsta molekylerna genom sina inre öppningar. Därför möjliggör de en selektiv separation av gas- eller vätskeblandningar: de är molekylsikten.
Adsorption och desorption av vatten
Vissa zeoliter har en hög affinitet för vatten, vilket visas av en adsorptionskapacitet som kan uppgå till 30 % av vikten utan någon volymförändring. Regenerering sker genom att vatten avlägsnas tack vare tryck- och/eller temperatureffekter. Under andra bearbetningsförhållanden återkommer adsorberat vatten naturligt när miljön är för torr. Denna reversibilitet för vattenadsorption i enlighet med vattenbalansen gör zeoliterna till perfekta fuktstabilisatorer.
Adsorption av organiska vätskor och mineraler
Som för gaser och vatten kan zeoliterna adsorbera organiska eller mineraliska molekyler i vattenlösningen eller inte. Denna adsorption är specifik för varje zeolit. Denna porbarhet gör det möjligt att använda zeoliter vid behandling av avloppsvatten som innehåller bekämpningsmedel, organiskt klor eller kolväten.
Kationutbyteskapacitet
Den kation som är laddad av den zeolitiska strukturens elektroniska neutralitet kan bytas ut. Detta är ett selektivt katjonbyte enligt zeolitens affinitet för den ersättande katjonen. Den totala katjonbyteskapaciteten och selektiviteten är specifika för varje typ av zeolit. Denna egenskap gör zeoliterna särskilt användbara och effektiva som inga andra för eliminering av katjoner eller för att uppnå kontroll av deras koncentration i dricks- och avloppsvatten, för vattenbruk, jordbruk och många andra områden.
Katalys
I sin inre struktur kan zeoliterna uppvisa platser som kan katalysera kemiska reaktioner. Denna egenskap används i stor utsträckning inom petrokemin och möjliggör många reduktions-, oxidations- eller syra-basreaktioner. Om reaktionerna sker i den zeolitiska strukturen kan endast de molekyler som behöver ett mindre utrymme än det som hålrummen ger bildas. Zeoliter har således en formselektivitet på reaktionsprodukter.
Energilagring och återföring
Vad gäller zeoliter sker vattenadsorption tillsammans med en värmeavgivning. Adsorptions-/desorptionscykeln kan förnyas i all oändlighet och värmen överföras genom kompressorer eller kylvätskor. Denna egenskap gör det möjligt att kyla eller värma enligt värmepumpsprincipen.