زئولیت چیست؟
واژه زئولیت در زبان یونانی از معنای سنگ جوشان اقتباس شده است چون زمانیکه در برابر فوتک کانی شناسی قرار می گیرد و گرم می شود، آب آن به صورت بخار خارج می شود و منظره ای مانند جوشیدن پدید می آورد.
این کانی از نظر ترکیب و محل پیدایش با یکدیگر همسانی چشمگیر خواهند داشت. این کانی ها دربردارنده مقدار بسیاری آب می باشند و سختی آنها از 3.5 تا 5.5 و جرم حجمی آنها از 2 تا 2.4 گرم بر سانتی متر مکعب متغیر می باشد.
سنگ زئولیت چیست؟
زئولیت یک ماده معدنی می باشد که معمولا متشکل از آلومینوسیلیکات می باشد. زئولیت ها به صورت شبکه کریستالی شامل اکسیژن و آلومینیوم یا سیلیس می باشند که به صورت ساختمانی سه بعدی در می آیند. با توجه به گسترش روز افزون این نوع مواد، عناصر دیگری چون تیتانیوم، فسفر، فلزات مختلف نیز به ساختار زئولیت های سنتزی افزوده شده اند. از نظر شیمیدان ها زئولیت ساختمانی می باشد از پلیمرهای معدنی که دارای اندامی چهار وجهی هستند. ساختمان کلی این چهار وجهی به صورت TO4 می باشد که در آنها ممکن است، T یک عنصر سه ظرفیتی مانند آلومنیوم، بور یا گالیم و یا چهار وجهی نظیر Ge و Si و یا پنج ظرفیتی مثل P باشد و کلیه این چهار وجهی ها از طریق اکسیژن مشترک به یکدیگر متصل می گردند. در واقع زئولیت، آلومینو سیلیکات های بلوری و هیدراته فلزات قلیایی و قلیایی خاکی عناصر گروه اول و دوم اصلی بویژه سدیم، کلسیم، منیزیم، استرانسیم و باریم هستند، که شبکه های سه بعدی متشکل از چهار وجهی های [SiO4]4- و[AlO4]4- دارند.
فرمول ساختار شیمیایی زئولیت ها از نظر شیمیدان ها
[(AlO2)x(SiO2)y]x-.zH2O
زئولیت ها به 2 دسته طبیعی و سنتزی تقسیم بندی شده اند. زئولیت ها به روش طبیعی در دریاچه های قلیایی، آلتراسیون توفها، سیستم باز آبهای زیرزمینی، خاکهای محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل می شوند. با توجه به اهمیت روز افزون زئولیت ها روز به روز به تعداد زئولیت های سنتزی اضافه می شود. در کتاب اطلس زئولیت ها (1970) تعداد 27 Zeolite Frame work شناسایی شده بود در حالی که در کتاب اطلس زئولیت ها (2003) تعداد Zeolite Frame work به 145 عدد رسید.
کاربرد زئولیت های مصنوعی در صنعت بیشتر از گونه دیگر می باشد. با توجه به درخواست های زیاد تجاری برای مصرف این نوع زئولیت ها تحقیقات بیشماری بر روی آنها در حال انجام می باشد. امـروزه بالغ بر 50 گونه از زئولیت طبیعی کشف و 150 گونه از زئولیت مصنوعی تولید شده است. از بین زئولیت های طبیعی فقط 9 گونه به مقدار زیاد در طبیعت پیدا می شوند. خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت های مختلف (اندازه منفذ، اندازه بلور، ظرفیت تبادل یونی و ظرفیت جذبی و ترکیب شیمیایی) بسیار تفاوت با هم دارند.
زئولیت های طبیعی در آغاز به صورت یک جزء فرعی اما به صورت گسترده در حفره های بازالتی شناسایی می شوند. از نظر صنعتی زئولیت های طبیعی دارای کاربردهای کمی هستند که علت اصلی آن یکنواخت نبودن خواص آنها می باشد. همچنین ساختمان بلورین این زئولیت ها از نظر اندازه ی حفره ها برای بسیاری از مصارف صنعتی مناسب نمی باشند.
زئولیت های مصنوعی مواد شیمیایی ویژه ای با خلوص بالا می باشند، که دامنه ی کاربرد وسیعی را دارا هستند. محققین قبل از سال 1950 جهت تولید زئولیت ها در صدد تشکیل طبیعی و ژئوشیمیایی کانی های شناخته شده بودند و تصورشان این بود که تشکیل زئولیت ها مستلزم ایجاد درجه حرارتی در حدود 200 تا 400 درجه سانتیگراد و ده ها اتمسفر فشار می باشد. اما در سال 1957 شیمیدان ها موفق شدند زئولیت هایی در دمای پایین (100درجه سانتیگراد) و در مقیاس صنعتی تهیه کنند. زئولیت های سنتزی بسیاری از نواقص زئولیت های طبیعی همچون یکسان نبودن اندازه حفرات، ناخالصی های فراوان، غیر مناسب بودن اندازه حفرات، میزان اسیدیته نامناسب سطوح و … را حل کردند. این تغییرات زیاد باعث گرایش فراوان به جایگزینی زئولیت با بسیاری از مواد مورد استفاده در صنایع مختلف بالاخص صنایع کشاورزی و شیمایی شده است.
به طور کلی زئولیت های سنتزی با توجه به تعداد رینگ حفرات و اندازه حفرات به 4 دسته تقسیم بندی شده اند:
زئولیت ها با اندازه حفرات کوچک: با حفرات 8 حلقه ای با اندازه حفرات حدود 3 تا 4.5 انگستروم مثل Zeolite A
زئولیت ها با اندازه حفرات متوسط: با حفرات 10 حلقه ای با اندازه حفرات حدود 4.5 تا 6 انگستروم مثل Zeolite ZSM-5
زئولیت ها با اندازه حفرات بزرگ: با حفرات 12 حلقه ای با اندازه حفرات حدود 6 تا 8 انگستروم مثل Zeolite X
زئولیت ها با اندازه حفرات بسیار بزرگ: با حفرات 14 حلقه ای