Definición de zeolita
En 1756, el mineralogista Barón Crönsted descubrió la estilbita. En condiciones de calentamiento rápido este mineral parecía hervir debido a su pérdida de agua. Crönsted la denominó «zeolita», de la palabra griega «zeo», que significa «hervir» y «lithos» que significa «piedra». La familia de las zeolitas creció desde aquel primer descubrimiento y se encuentra entre los minerales más numerosos de la Tierra. Actualmente se conocen unos doscientos tipos de zeolitas, de los cuales cuarenta son naturales.
Después de varios cientos de miles de años, las zeolitas naturales se formaron a partir de cenizas volcánicas depositadas en mares o lagos. Con el paso del tiempo y debido al ambiente alcalino, las cenizas se alteraron y cristalizaron hasta convertirse en zeolitas. Las zeolitas naturales se explotan en minas a cielo abierto. La primera zeolita se sintetizó en 1862, pero sólo en 1956 se produjo una zeolita sintética que no existiría en un entorno natural.
Las zeolitas son aluminosilicatos hidratados. Su estructura consiste en un marco tridimensional de tetraedros de AlO4 y SiO4 coordinados por átomos de oxígeno. Las zeolitas son intercambiadores de cationes.
Las zeolitas se utilizan en multitud de aplicaciones que pueden agruparse en cuatro áreas principales:
- Absorción / Desorción de líquidos y gases.
- Almacenamiento de energía.
- Intercambio catiónico.
- Catálisis.
Zeolita natural en gránulos
Zeolita sintética en Bola
Propiedades de las zeolitas
Absorción de gases
Las zeolitas pueden adsorber moléculas orgánicas y minerales en fase gaseosa sin ninguna
modificación de su estructura. Esta adsorción se debe a su elevada superficie específica (40 a 800 m2/g) a algunos efectos superficiales hidrofóbicos-hidrófilos y a
su estructura. Las zeolitas se utilizan en el tratamiento de gases industriales así como en
caso de molestias por olores.
Tamices moleculares
Los poros de las zeolitas con diámetro constante sólo dejan pasar las moléculas más pequeñas por sus aberturas interiores. Por lo tanto, permiten una separación selectiva de mezclas gaseosas o líquidas: son tamices moleculares.
Absorción/desorción de agua
Algunas zeolitas tienen una gran afinidad por el agua, lo que se traduce en una capacidad de adsorción que puede alcanzar el 30% en peso sin ninguna modificación de volumen. La regeneración tiene lugar mediante la eliminación del agua gracias a los efectos de la presión y/o la temperatura. En otras condiciones de procesamiento, el agua adsorbida vuelve de forma natural cuando el ambiente es demasiado seco. Esta reversibilidad de la adsorción de agua en función del equilibrio hídrico convierte a las zeolitas en unos perfectos estabilizadores de la humedad.
Absorción de líquidos orgánicos y minerales
En cuanto a los gases y el agua, las zeolitas pueden adsorber moléculas orgánicas o minerales en la solución acuosa o no. Esta adsorción es específica de cada zeolita. Esta propiedad permite la aplicación de las zeolitas en el tratamiento de efluentes cargados de pesticidas, cloro orgánico o hidrocarburos.
Capacidad de intercambio catiónico
Se puede intercambiar el catión a cargo de la estructura zeolítica de neutralidad electrónica. Se trata de un intercambio catiónico selectivo en función de la afinidad de la zeolita por el catión sustituido. La capacidad total de intercambio catiónico y la selectividad son específicas de cada tipo de zeolita. Esta propiedad hace que las zeolitas sean especialmente útiles y eficientes como ninguna otra para la eliminación de cationes o para lograr el control de su concentración en aguas potables y residuales, para la acuicultura, la agricultura y muchos otros campos.
Catálisis
En su estructura interna las zeolitas pueden presentar sitios capaces de catalizar reacciones químicas. Esta propiedad es ampliamente utilizada en petroquímica y permite muchas reacciones de reducción, oxidación o ácido-base. En la medida en que las reacciones se producen en la estructura zeolítica, sólo pueden formarse las moléculas que necesitan un espacio más pequeño que el proporcionado por las cavidades. Las zeolitas realizan así una selectividad de forma en los productos de reacción.
Almacenamiento y retorno de energía
En lo que respecta a las zeolitas, la adsorción de agua se produce junto con una liberación de calor. El ciclo de adsorción/desorción puede renovarse infinitamente y el calor se transfiere a través de compresores o líquidos refrigerantes. Esta propiedad permite enfriar o calentar según el principio de la bomba de calor.