زئولیت ها (2)

 

تصفیه ی آب

به دلیل قابلیت تبادل یونی بالای برخی از زئولیت ها، از این ماده به طور گسترده به عنوان بسترهای تبادل یونی مورد استفاده در سیستم های از بین برنده ی سختی آب در مصارف های خانگی و تجاری، استفاده می شود. برای از بین بردن سختی آب، یون های کلسیم و منیزیم محلول در آب، با سدیم زئولیت جایگزین می شوند و بنابراین، میزان سدیم موجود در این زئولیت ها، بر روی استفاده از این ماده در این کاربرد، اثر دارد. سایر کاربردهای متداول این ماده در حذف آمونیاک، حذف فلزات سنگین، استخرهای شنا، تصفیه ی فاضلاب اسیدی معادن و فرایندهای لیچینگ خاص می باشد. در آزمایشات انجام شده در اداره ی معادن آمریکا که در اوایل دهه ی 1990، انجام شده است، این فهمیده شده است که زئولیت ها، قابلیت حذف مقادیر سربی تا 200 ppm، مس از 147 تا 15 ppm و آرسنیک از 141000 تا 5 ppm را دارا می باشد. یک ویژگی جالب توجه این ماده، این است که می تواند به طور پیوسته با کمک کلرید سدیم، بازیابی گردد و دوباره مورد استفاده قرار گیرد.
پرورش ماهی و آبزیان
زئولیت در مغازه های فروش خوراک حیوانات اهلی، به عنوان یک افزودنی برای آکواریوم به فروش می رسد. این ماده برای جذب آمونیاک و سایر ترکیبات نیتروژن دار موجود در آکواریم، استفاده می شود. به هر حال، به دلیل شباهت زیاد برخی از زئولیت ها با کلسیم، این ماده در آب های با سختی کلسیمی، درست کار نمی کند. به عبارت دیگر، فیلتراسیون با استفاده از زئولیت، در برخی آکواریوم های دریایی استفاده می شود تا بدین صورت، غلظت مواد مغذی در یک میزان مناسب، حفظ شود.

مواد زئوپونیک

در حالی که زئولیت ها، دارای خواصی هستند که موجب می شود این ماده یک ماده ی معدنی بسیار مفید باشد، این مواد از لحاظ شیمیایی، قابلیت اصلاح را داشته و بدین صورت، میزان اثربخشی آنها افزایش می یابد. در حقیقت، یکی از استفاده های مفید از زئولیت در سیستم های زئوپونیک است. در این بخش ها از زئولیت اصلاح شده، به جای زئولیت طبیعی، استفاده می شود. بهترین مثال از این نوع زئولیت ها، زئولیت های مورد استفاده در رشد گیاهان می باشد. با تغییر در ترکیب شیمیایی و در نتیجه قابلیت تبادل یونی و مکان های تبادل یونی این مواد، زئولیت ها را می تواند به عنوان محیط های کشت مناسب، برای گیاهان، استفاده کرد.
سایر اصلاحات می تواند در این زئولیت ها، انجام شود و بدین صورت، خواص آنها، بهبود یابد. ترکیب شدن این ماده با مواد با حلالیت آهسته (مانند آنیون های مغذی طبیعی یا مصنوعی) موجب می شود تا این مواد زئوپونیکی بتواند به خوبی ریشه ی گیاهان را در بر بگیرد و از این رو، آنیون ها و کاتیون های مغذی گیاهان، بدین شیوه، تأمین می شود. از این مهم تر، این مواد مغذی موجب می شود تا این مواد به آهستگی برای ریشه ی گیاهان، آزاد شوند. جذب مواد مغذی از خاک، منوط به حل شدن این مواد در داخل آب و انجام واکنش های تبادل یونی است. از این رو، زئولیت ها، می توانند این وظیفه را به خوبی انجام دهند و نکته ی دیگر، این است که این ماده می تواند برای دفعات فراوان، شارژ شود و دوباره مورد استفاده قرار گیرد. مطالعات محققین کوبایی در زمینه ی کشت زئوپونیک، نشاندهنده ی این است که برخی از غلات را می توان در زئولیت و یا مخلوطی از زئولیت با مواد دیگر، رشد داد.

عوامل کاتالیست

زئولیت ها دارای قابلیت کاتالیست واکنش های شیمیایی هستند که در داخل حفرات داخلی آنها انجام می شود. دو کاتالیست زئولیتی متداول عبارتند از:
1. زئولیت های تبادل هیدروژنی: یک طبقه بندی مهم از واکنش ها، بوسیله ی زئولیت های تبادل یونی، کاتالیست می شوند. در واقع در این زئولیت ها، پروتون های موجود در چارچوب ساختاری ماده، موجب می شود تا میزان خاصیت اسیدی ساختار، افزایش یابد. این نوع کاتالیست ها در بسیاری از فرایندهای پتروشیمی و صنعت پالایش نفت خام، کاربرد دارد. یک چنین زئولیت هایی، به طور گسترده در کراکینگ نفت، استفاده می شوند. در کراکینگ، مولکول ها، تحت دمای بالا، شکسته می شوند. زئولیت ها، موجب می شوند تا مولکول ها در داخل یک فضای کوچک، محدود شوند و این مسئله موجب می شود تا ساختار و واکنش پذیری آنها تغییر کند. فرم هیدروژنی زئولیت ها، دارای قدرت اسیدی بالایی در حالت جامد هستند. از این رو، این مواد موجب تسهیل واکنش های کاتالیست اسیدی می شوند. فرایند ایزومراسیون از جمله این واکنش ها می باشد. در کراکینگ کاتالیستی، از یک کوره و یا رآکتور، استفاده می شود. ابتدا نفت خام حرارت داده می شود و سپس از رآکتور، عبور داده می شود. در این رآکتور، نفت خام با کاتالیست هایی همچون زئولیت ها، واکنش می دهد. سپس ماده ی حاصله به آهستگی سرد می شود و سپس به جداساز فرستاده می شود. در این بخش، هیدروژن بازیافت می شود. در نهایت، محصولات پتروشیمیایی، از این فرایند خارج می شوند.
2. زئولیت های با بار فلزی: زئولیت ها، می توانند به عنوان کاتالیست های اکسایشی یا کاهشی، استفاده شوند. در واقع فلزات اغلب وارد ساختار زئولیت می شوند و در این کاربرد، استفاده می شوند. یک مثال از این کاربرد، استفاده از زئولیت های مسی در تجزیه ی اکسیدهای نیتروژن می باشد.

سنگ های زینتی

تامسونیت بواسطه ی خوردگی سایشی از سنگ های بازالتی بستر و مادر جداسازی می شوند و در سواحل، جمع آوری می شوند. این مواد بعد از پولیش کاری، به عنوان سنگ زینتی، کاربرد دارند. این کلوخه ها، دارای حلقه های متمرکزی هستند که رنگ های مختلفی از جمله سفید، پرتقالی، صورتی، قرمز و ... دارند. برخی از این کلوخه ها، دارای ناخالصی های مسی هستند و از این رو، بعد از پولیس کاری، ملون هستند.

شیشه های ایده آل

شیشه های ایده آل، به صورت تجربی در دانشگاه والس آمریکا، تولید شده است. این شیشه ها، با استفاده از فرایند آمورفیزاسیون، تولید شده اند. در این فرایند، فشار بر روی کاتالیست های زئولیتی وارد می شود. کاتالیست زئولیتی در این حالت منقبض می شود و بدون اینکه ذوبی اتفاق افتد، شیشه تشکیل می شود. این شیشه ها، سخت هستند اما سبک تر هستند و از لحاظ شیمیایی نیز، دوام بیشتری نسبت به شیشه های معمولی دارند.

جذب دی اکسید کربن (Carbon sequestration)

انتشار دی اکسید کربن به دلیل سوختن زغال سنگ، از جمله منبع اصلی انتشار آلودگی به هوا محسوب می شود. دی اکسید کربن همچنین عامل گرم شدن زمین نیز محسوب می شود و جزء گازهای گلخانه ای می باشد. در یکی از روش های جدید در زمینه ی جذب دی اکسید کربن، این ماده در داخل حفرات مربوط به زئولیت اصلاح شده، به دام می افتد.

فرآروی چغندرقند

زئولیت ابتدا در سال 1896 در فرآوری چغندر قند، استفاده شد. در واقع شهد چغندر قند، حاوی یون های پتاسیم زیادی است که از تشکیل کریستال های قند، جلوگیری می کنند. از این رو، زئولیت های با قدرت جذب یونی بالا، برای جایگزینی سدیم با کلسیم در این مواد، استفاده می شود.

سایر استفاده ها

1. کنترل بو: به دلیل خاصیت جذب مواد شیمیایی، این ماده به طور مؤثر در تولید مواد بو گیری استفاده می شود که برای خوش بو کردن هوای خانه ها، استفاده می شود. این استفاده در انگلیس، متداول است.
2. قارچ کش ها: این ماده به عنوان حامل قارچ کش ها، استفاده می شود. زئولیت ها، موجب می شود تا مایع قارچ کش، در داخل آنها، قرار گیرد و رهایش آنها به آهستگی انجام شود.
3. تصفیه ی فاضلاب های سمی: زئولیت به دلیل قابلیت غربال گری مولکولی، می تواند برای جذب انتخابی پنتا کلروفنول، مورد استفاده قرار گیرد. این ماده یک ماده ی سمی است که در فاضلاب های مایع، یافت می شود.

جایگزین ها

زئولیت مصنوعی

یک ویژگی تعریف شده ی زئولیت هااین است که چارچوب ساختاری آنها از 4 شبکه ی اتمی به هم پیوسته، تشکیل شده اند که به صورت چهاروجهی هایی از جنس اتم های سیلیکون و اکسیژن می باشند. این 4 وجهی ها، می توانند به همدیگر متصل باشند و یک ساختار بزرگ و زیبا، ایجاد کنند. در تمام این مواد، 130 چارچوب مخلتف ساختاری می تواند وجود داشته باشد. علاوه بر اتم های سیلیکون یا آلومینیوم به عنوان یکی از اجزای این ساختار، بیش از 1500 نوع مختلف زئولیت، تاکنون تولید شده است. یک زئولیت مصنوعی، از همان عناصری تشکیل شده است که یک زئولیت طبیعی دارا می باشد.
چند نوع زئولیت مصنوعی وجود دارد که بوسیله ی فرایند کرستالیزاسیون ژل های حاوی سیلیس و آلومینا، تولید شده اند. برخی از زئولیت ها، مانند زئولیت نوع A، بوسیله ی ضایعات بدست آمده از برخی معادن، مانند ضایعات مربوط به معدن های الماس، تولید می شوند. این زئولیت مصنوعی، برای استفاده در پودرهای شوینده و یا جایگزینی برای سدیم تری پلی فسفات، مورد استفاده قرار می گیرند.
زئولیت مصنوعی، همچنین می تواند با استفاده از خاکستر بادی نیز تولید شود. خاکستر بادی یک ماده ی ضایعاتی است که از سوختن زغال سنگ، تولید می شود. خاکستر بادی حاوی شیشه های آلومینو سیلیکاتی و مولایت می باشد. زئولیت های مصنوعی به نسبت طبیعی، دارای مزیت های زیر می باشند:
1. زئولیت های مصنوعی را می توان به صورت خالص تر و یکنواخت تر تولید کرد.
2. این ممکن است که ساختارهای زئولیتی مناسبی را تولید کرد که در طبیعت قابل مشاهده نیستند.
3. از آنجایی که اجزای اصلی در تولید زئولیت ها، سیلیس و آلومینا هستند، این ماده را می توان به سهولت تولید و مورد استفاده قرار داد. امروزه، خاک چینی کلسینه شده، به عنوان یک منبع برای سیلس و آلومینا در تولید این زئولیت ها، محسوب می شود.
به هر حال، محدودیت های این نوع زئولیت، عبارتست از عدم توانایی در تولید کریستالی هایی که دارای ابعاد مناسب باشند.
امروزه زئولیت مصنوعی به طور گسترده در صنعت پتروشیمی و به عنوان افزودنی در تولید بتن های آسفالتی مورد استفاده قرار می گیرد. اما امروزه، این ماده کاربردهایی در زمینه ی تولید مواد با تکنولوژی بالا، پیدا کرده است. این کاربردها، به صورت زیر می باشد:
1. تولید سوئیچ های نوری ساخته شده از کادمیوم سولفید: خوشه های کادمیوم سولفید بوسیله ی تزریق یون های کادمیوم و هیدراسیون آنها در داخل تخلخل های زئولیتی، تولید می شوند. در واقع در داخل این زئولیت ها، واکنش بین کادمیوم و یون سولفید، با بازده خوبی انجام می شود. این سوئیچ ها بسیار سریع تر از سوئیچ های معمولی کار می کنند.
2. حافظه های نوری: این حافظه ها، در واقع کریستال های کوچک از مواد حساس در برابر نور هستند که در داخل زئولیت ها، قرار داده شده اند.
3. سنسورهای شیمیایی: این سنسورها، شامل یک لایه ی نازک از کریستال های زئولیت هستند.
4. فیلامنت های پلیمری: این فیلامنت ها، از پلیمرهای رسانا و در داخل زئولیت ها، تولید می شوند.
جایگزین های غیر زئولیتی
در چرخه های تجاری، بخشی از نیاز به زئولیت با استفاده از زئولیت طبیعی، بخشی با زئولیت مصنوعی و بخشی دیگر، با استفاده از مواد جایگزین، تأمین می شود. برای از بین بردن سختی آب، از مواد غیر زئولیتی استفاده می شود. این مواد عبارتند از:
1. مواد کربنی فعال: این مواد از مواد کربنی فعال سازی شده، مانند زغال سنگ، زغال چوب و زغال چوب نارس، تشکیل شده اند. این مواد، مواد مناسبی در از بین بردن سختی آب محسوب می شوند.
2. گلوکنیتس: این ماده یک مینرال طبیعی متداول است که برای نرم کردن آب های دارای سختی، استفاده می شود. این ماده یک هیدروسیلیکات پیچیده است که حاوی پتاسیم، منیزیم، آهن و آلومینویم است. این ماده که یک ماده ی زرد رنگ مایل به سبز تیره می باشد، ماسه های سبز یافت می شود و به صورت دانه های ریز تشکیل می شود. اما برخلاف یون سدیم، یون پتاسیم به سهولت با کلسیم جایگزین می شود و بدین صورت، سختی آب کاهش می یابد. بنابراین، این ماده عموماً با استفاده از سدیم کلرید فعال سازی می شود و بدین صورت، یون های پتاسیم با سدیم، جایگزین شود.
3. آلومینو- فسفات ها: استفاده از آلومینو- فسفات های با تخلخل های میکرونی برای تصفیه ی آب، در مراحل اولیه ی تحقیقاتی می باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee