زئولیت چیست؟

زئولیت یک ماده معدنی است که عمدتاً از آلومینوسیلیکات تشکیل شده است. زئولیت ها به صورت شبکه کریستالی شامل اکسیژن و آلومینیوم یا سیلیس هستند که به صورت ساختمانی سه بعدی درآمده اند. با توجه به گسترش روز افزون این گونه مواد، عناصر دیگری چون تیتانیوم، فسفر، فلزات مختلف نیز به ساختار زئولیت های سنتزی اضافه شده اند. از نظر شیمیدان ها زئولیت ساختمانی است، از پلیمر های معدنی که دارای اندامی چهار وجهی است. ساختمان کلی این چهار وجهی به صورت TO4 است 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 شوند . 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.

شیمیدان ها ساختار شیمیایی زئولیت ها را با  فرمول عمومي زیر بیان می کنند.

 [(AlO2)x(SiO2)y]x-.zH2O  

M  مي تواند کاتيون فلزي يا يون H+ باشد. نسبت  در زئوليت ها در گستره زيادي تغيير مي کند.

 واژه زئولیت در اصل در سال 1756 توسط کانی شناس سوئدی اکسل فردریک کرونستد ابداع شد. نام زئولیت از ترکیب دو واژه یونانی "جوش" "سنگ" تشکیل شده است. (این نامگذاری به دلیل کف کردن زئولیت در اثر حرارت بوده است. زئولیت ها جامدات بلورین با منافذ ریزند، پیوند مولکولهای آب در شبکه این کانی ها ضعیف است و در اثر دما بدون آنکه ساختمان شبکه فرو ریزد، آب خود را از دست می دهند و این عمل به صورت برگشت پذیر انجام می شود.) زئولیت ها به طور گسترده ای در صنعت برای تصفیه آب، به عنوان کاتالیزور و جاذب مواد مختلف برای خالص سازی استفاده می شود. مهمترین و بیشترین استفاده زئولیت در  صنعت در تولید پاک کننده های لباس است، به طوری که بالغ بر 80 درصد مصارف صنعتی زئولیت ها در این بخش است. همچنین در پزشکی و کشاورزی نیز کاربرد دارد.

زئولیت ها به دو دسته طبیعی و سنتزی تقسیم می شوند. زئولیت ها به روش طبيعي در درياچه هاي قليايي، آلتراسيون توفها، سيستم باز آبهاي زيرزميني، خاکهاي محيط قليايي و رسوبات عميق دريا تشکيل مي شوند. با توجه به اهمیت روز افزون زئولیت ها روز به روز به تعداد زئولیت های سنتزی افزوده 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 است. با توجه به درخواست های فزاینده تجاری برای مصرف این نوع زئولیت ها مطالعات بیشماری بر روی آنها در حال انجام است. امـروزه بالغ بر 50 نوع زئولیت طبیعی کشف و 150 نوع زئولیت مصنوعی تولید شده است. از بین زئولیت‌های طبیعی فقط 9 نوع به مقدار زیاد در طبیعت یافت می‌شوند. خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت‌ های مختلف (اندازه منفذ، اندازه بلور، ظرفیت تبادل یونی و ظرفیت جذبی و ترکیب شیمیایی) بسیار متفاوت با هم است.

زئولیت های طبیعی در ابتدا به صورت یک جزء فرعی اما به صورت گسترده در حفره های بازالتی شناسایی شدند. از نظر صنعتی زئولیت های طبیعی دارای کاربردهای کمی می باشند که دلیل اصلی آن یکنواخت نبودن خواص آنها است. همچنین ساختمان بلورین این زئولیت ها از نظر اندازه ی حفره ها برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب نمی باشند.

زئولیت های مصنوعی مواد شیمیایی ویژه ای با خلوص بالا هستند، که دامنه ی کاربرد وسیعی دارند. محققین پیش از سال 1950 جهت تولید زئولیت ها در صدد تشکیل طبیعی و ژئوشیمیایی کانی های شناخته شده بودند و تصور می کردند که تشکیل زئولیت ها مستلزم ایجاد درجه حرارتی در حدود 200 تا 400 درجه سانتیگراد و دهها اتمسفر فشار می باشد. اما در سال 1957 شیمیدان ها موفق شدند زئولیت هایی در دمای پایین (100درجه سانتیگراد) و در مقیاس صنعتی تهیه نمایند. 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 عمده 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 می شوند:

  1. زئولیت ها با اندازه حفرات کوچک: با حفرات 8 حلقه ای با اندازه حفرات حدود 3 تا 4.5 انگستروم مثل Zeolite A
  2. زئولیت ها با اندازه حفرات متوسط: با حفرات 10 حلقه ای با اندازه حفرات حدود 4.5 تا 6 انگستروم مثل Zeolite ZSM-5
  3. زئولیت ها با اندازه حفرات بزرگ: با حفرات 12 حلقه ای با اندازه حفرات حدود 6 تا 8 انگستروم مثل Zeolite X
  4. زئولیت ها با اندازه حفرات بسیار بزرگ: با حفرات 14 حلقه ای

استفاده از کلیه مطالب سایت با ذکر منبع مجاز است.