زئولیت چیست و آشنایی با کاربرد های آن
مقدمه مقاله زئولیت
با توجه به اهمیت غیر قابل انکار منابع پروتئینی با منشا دامی در تغذیه انسان و مزایای تامین پروتئین از طریق فرآورده های دامی , لزوم توجه بشتر به صنعت پرورش دام و عوامل موثر در آن اجتناب ناپذیر می باشد . نظر به اینکه بخش اعظم هزینه ها در این صنعت به تهیه خوراک اختصاص دارد و در حال حاضر سالانه حدود ٣ میلیون تن مواد اولیه جهت تهیه خوراک دام از کشورهای دیگر خریداری و به کشور وارد می شود بنابراین تلاش در جهت استفاده بهینه از منابع غذایی و افزایش عملکرد تولید به منظور بالا بردن میزان تولید و کاهش هزینه ها از اهمیت بسزایی برخوردار است .
زئولیت
از جمله راههای افزایش بازدهی غذا , افزودن برخی از ترکیبات مختلف به جیره های غذایی مورد استفاده جهت تغذیه دام می باشند و از میان ترکیبات توصیه شده که به توجه به ویژگیهای خاص خود می توانند سبب بهبود عملکرد گله های دام شوند انواع زئولیت می باشد تا کنون بیش از ۵٠ نوع زئولیت طبیعی با خواص متفاوت کشف شده که فقط ٩ گونه آن دارای ارزش بهره برداری از معادن است علاوه بر کانیهای طبیعی بیش از یکصد نوع زئولیت به طور مصنوعی تولید می شوند که هر کدام خواص فیزیکی ویژه ای دارا هستند.
زئولیتها از سیلیکاتهای آبدار نوع داربستی شمرده می‌شوند. پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، بطوری که در دمای پایین ، آب خود را از دست میدهند. قابلیت تعویض یونی آنها زیاد است. زئولیتها هم به روش طبیعی و هم به روش مصنوعی تشکیل می‌گردند. زئولیتها به روش طبیعی در دریاچه‌های قلیایی (نمکی) ، آلتراسیون توفها ، سیستم باز آبهای زیرزمینی ، خاکهای محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل می‌شوند.
کلیاتی از زئولیت
بطور خلاصه زئولیتـها با فرمول شیمیـایی عمومی ( فلـزات قلـیایی و قلیـایی خاکی = M، ظرفیت =n و۱۰-۲=Xو۷-۲=Y ) ) از دسته کانیهای رسی هستند که همچون سایر کانیهای رسی از پایه هیدروسیلیکاتهای آلومینیوم همراه با برخـی کاتیونها و اکسیدهای فلـزات قلیایی و قلیایی خاکی تشکیـل شده اند .
این کمپلکس کریستالی سیلیـکاته زنجیره های گسترده و پیوسـته ایی را بوجود میاورند که با توجـه به نحـوه اتصال و قـرارگیری آنها در کنار یکدیگـر شبـکه ایی از فضـاهای خالی و حفـره های قفســه مانندی را تشـکیل میدهند که قطر آنها بین ۱۰-۳ انگستـرم میرسد . وجود پرشمار این قفســه های کوچـک خالی به همراه حضور برخــی کاتیونـهای فلزی قلیــایی و قلـیایی خاکی با اتصـال ضـعیف ویژگی های منحـصر بفرد جــذب ، تعـویض کاتیونی ، غربال مولــکولی و خـواص کاتالیـستی را بوجـود میـاورد.
که نه تنـها زئولیت ها را از دیگر انواع رسها متمایز می سازد بلکه بدلیل تنوع کاربردی این خصـیصه در صنایع ، دانشمندان را به کشف و دسته بندی انواع زئولیتـهای طبیعی ترغیـب نموده و ســاخت انواع مصنوعی آن را نیز موجب شـده است.
بطوریکه در حال حاضــر بیش از ۴۰ نوع کـانی زئولیــت طبیعی کشف و بیش از یکصد و پنجاه نوع زئولیت مصنوعی ساخته شده است. که هر یک کاربردهای اختصاصی خود را دارد . خواص منحصر بفـرد ذکر شده این کانی ، همراه با مقاومت بالای مکانیکی و شیمیایی ، امکان یک بازه وسیعی از کاربردهای پرشمار در صنایع کشاورزی ، پرورش دام و طیـور و آبزیان ، پتروشیـمی ، پالایشـگاهها ، محـیط زیست ، تصفـیه آب ، تصـفیه فاضـلاب ، تصفیه هـوا ، بوگیــر ، کاغـذ سـازی ، از بین بردن قارچها و انگلها ، جداسازی و تخـلیص گازها (تولید گاز اکسیژن ) ، داروسازی ، صنایع اتمی و … را فراهم نموده است.
نحوه تشکیل زئولیتها به روش طبیعی
زئولیتها دارای منشا طبیعی بوده و به روش مصنوعی نیز تولید می‌شوند.
دریاچه‌های قلیایی و نمکی
دریاچه‌های قلیایی و یا نمکی واقع در مناطق گرم و خشک در بخشی از آب اسیدیته PH آن به حدود ۹٫۵ میرسد، محیط مناسبی برای تشکیل زئولیتهاست. موادی که در این دریاچه‌ها می‌توانند به زئولیت تبدیل شوند عبارتند از شیشه‌های طبیعی ، توفها ، کائولینیت ، مونتموریونیت و پلاژکلاز. زئوایتهای که در این محیط تشکیل می‌شوند، عبارتند از فیلیسپیت ، کلینوپتالیت ، اریونیت و به مقدار کمتر موردنیت و منشا بازیت. علاوه بر زئولیتها ، فلدسپات سدیم ، فلدسپات پتاسیم و کانیهای بردار نیز تشکیل می‌شوند.
تشکیل زئولیتها در محدوده زمانی کمتر از ۱۰۰۰ سال انجام می‌شود. زون بندی در یک لایه توف واقع در یک دریاچه قلیایی از حاشیه به طرف مرکز دریاچه شامل ، توف تازه به همراه مقدار جزئی کانی رسی (به دلیل PH کمتر از ۸) ، وزن تشکیل زئولیتها به دلیل افزایش PH و میزان نمکها ، زون آنالیست و زون تشکیل فلدسپات به دلیل غلظت زیاد نمکها. زون بندیی که در یک منطقه حاوی زئولیت دیده می‌شود عبارت است از وزن شیشه طبیعی ، زون کانیهای رسی ، زون کلینوپتالیت و فیلیپسیت ، زون آنالیسم و زون پتاسیم فلدسپات.
آلتراسیون
از تاثیر محلولهای گرمایی در شرایط مناسب زئولیتها تشیل می‌شوند. معمولا کلینوتپالیت و موردنیت در اعماق کمتر (دمای کمتر) و آنالیست ، هیولاندیت ، لامونتیت و واراکتیت در اعماق بیشتر (دمای بالاتر) تشکیل می‌شوند.
مناطق با سیستم آبهای باز
خاکستر و دیگر مواد پیروپلاستیکی اسید – حد واسط سخت نشده (تفرا) تحت تاثیر آبهای سطحی و زیرزمینی قرار گرفته و تغییراتی از سطح به عمق در آنها ایجاد می‌شود. از هیدرولیز شیشه و سایر مواد در نزدیکی سطح زمین کانیهای رسی بویژه اسمکتیت تشکیل می‌شود. با محل مواد به اعماق بیشتر ضمن افزایش PH شرایط برای تبدیل شیشه به زئولیتها فراهم می‌شود. خاکستر و مواد پیروپلاستیکی که در محیط خشکی تشکیل شده‌اند تا اعماق ۲۰ تا ۵۰۰ متر حاوی کانیهای رسی بوده و بعد از آن در صورت مناسب بودن PH آب های زیر زمینی زئولیتها تشکیل می‌شوند.
خاکهای محیطهای قلیایی
در محیطهای خشک و نیمه خشک به دلیل تبخیر زیاد کربنات و بی‌کربنات سدیم در افق سطحی خاک افزایش یافته و با افزایش PH محیط برای تشکیل زئولیتها مناسب می‌شود. محدوده تشکیل زئولیتها از سطح آبهای زیرزمینی به طرف سطح زمین است.
رسوبات عمیق دریا
توفها و رسوبات عمیق دریایی تحت تاثیر چرخه‌های آبهای گرم قرار گرفته در شرایط مناسب می‌توانند به زئولیت آلتره شوند.
تولید زئولیت به روش مصنوعی
• ابتدا ۲H2O ، AL2O3 را در محلول داغ NaOH حل و سپس با سیلیکات سدیم (Na2SiO3) مخلط می‌نمایند، مخلوط حاصل به مخازن ویژه تشکیل ژل منتقل می‌شود. بلورهای زئولیت در دمای حدود ۹۴ درجه سانتیگراد از محلول ژل شروع به تبلور می‌نمایند.
• آلتراسیون کائولین : ابتدا کائولین حرارت داده می‌شود تا به متاکائولین تبدیل شود. بعد از آن را کلسینه نموده و سپس با استفاده از محلول اسیدی مقداری از سیلیس آن را آزاد نموده محصول را با NaOH شستشو میدهند.
موارد مصرف زئولیتها
فیلترملکولی
زئولیتها چنانچه در دمای ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد برای مدت چند ساعت حرارت داده شوند. آب موجود در مجاری و فضای کانال مانند آزاد و به زئولیت بدون آب تبدیل می‌شود. قطر فضاهای کانال مانند مشخص و تابع ترکیب شیمیایی زئولیت است. قطر این فضا در زئولیت پتاسیم‌دار ۱۳ آنگستروم ، سدیم‌دار ۴ آنگستروم و برای کلسیم‌دار ۵ آنگستروم است. موادی که ابعاد ملکول آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد جذب شده و آنهایی که بزرگتر هستند جذب نخواهند شد.
به عنوان مثال زئولیتی که قطر کانال آن ۴٫۵ آنگستروم است، می‌تواند هیدروکربوری مانند اکتان و نپتان را که قطر آنها حدود ۴٫۳ آنگستروم است جذب نماید و هیدروکربورهای ایزواکتان و ایزوپنتان را که قطر آنها ۵ آنگستروم است جذب نماید. با استفاده از زئولیتها می‌توان این مواد هیدروکربوری را از یکدیگر جدا نمود.
کنترل آلودگی
کلینوپتالیت به علت داشتن خاصیت جانشینی یونی ، می‌تواند ایزوتوپهای سزیم و استرانسیم را که دارای خاصیت رادیواکتیویته هستند، به خود جذب نماید. محلولهای حاوی کاتیونهای رادیواکتیو را از ستون حاوی کلینوپتالیت عبور میدهند، آنگاه مواد رادیواکتیو جذب کلینوپتالیت می‌شوند.
پس کلینوپتالیت اشباع از مواد رادیواکتیو را در محیطهای مناسب دفن می‌نمایند آمونیاک موجود در پسابها ، آبهای کشاورزی ، محیط نگهداری دام و طیور را می‌توان با استفاده از کلینوپتالیت مهار نمود. گازهای CO2 , SO2 را که در کارخانه‌ها تولید می‌شوند می‌توان با استفاده از زئولیتها به میزان قابل توجهی کنترل نمود.
تولید اکسیژن
بعضی از زئولیتها نیتروژن را بطور انتخابی جذب می‌نمایند. ژاپنیها با ساختن دستگاهی که در آن از موردنیت استفاده شده ، توانسته‌اند اکسیژن را از هوا تهیه نمایند. اکسیژن تولید شده تا ۹۰ درصد خالص است.
ساختار اتمی زئولیت
تصفیه گاز
برای جداسازی دی‌اکسید کربن و کاهش میزان رطوبت گازهای طبیعی از زئولیتها می‌توان استفاده کرد.
انرژی خورشیدی
از زئولیتها بویژه شابازیت و کلینوپتالیت در ذخیره سازی انرژی خورشیدی استفاده می‌شود. زئولیتهای نامبرده در طول روز ، آب خود را از دست میدهند و در فاصله شب و به هنگام جذب رطوبت می‌توانند انرژی ذخیره شده در طول روز را آزاد نمایند.
کشاورزی
زئولیتها را در کشاورزی برای بهبود کیفیت خاک ، تهیه خوراک حیوانات و همچنین در تهیه حشره کشها بکار می‌برند.
مصارف دیگر
پیش از این زئولیتها به دلیل وزن مخصوص پایین آنها به عنوان مصالح سبک وزن استفاده می‌شده است. اینک زئولیتها را به عنوان ماده پر کننده در کاغذ استفاده می‌کنند. مزایای زئولیت نسبت به کائولین درصد اوپاکی بیشتر ، سهولت برش و کاهش وزن آن است. در خمیر دندان از زئولیت به دلیل قابلیت پویش بهتر نسبت به CaHPO4 و باقی ماندن فلورید به صورت یونی استفاده می‌شود.
زئولیت در ایران
در مناطق اشلق چای و نی باغ (میانه) ، سمنان ، طلعه (ورامین) ، رودهن ، طالقان و قلعه عسکر (کرمان) زئولیت عمدتا در سنگهای آتشفشانی گزارش شده است.
فهرست مطالب
مقدمه
زئولیت
کلیاتی از زئولیت
نحوه تشکیل زئولیتها به روش طبیعی
دریاچه‌های قلیایی و نمکی
آلتراسیون
مناطق با سیستم آبهای باز
خاکهای محیطهای قلیایی
رسوبات عمیق دریا
تولید زئولیت به روش مصنوعی
موارد مصرف زئولیتها
فیلترملکولی
کنترل آلودگی
تولید اکسیژن
تصفیه گاز
انرژی خورشیدی
کشاورزی
مصارف دیگر
زئولیت در ایران
زئولیت
سنگ زئولیت
ساختار اتمی زئولیت
از کاربردهای زئولیت می توان موارد زیر را به اختصار بیان نمود:
کشاورزی
محصولات خانگی
محصولات صنعتی
کاربرد در راکتور و رادیواکتیو
کاربرد در محیط زیست
تصفیه آب و فاضلاب
طبقه بندی زئولیت ها
خواص زئولیــت ها
خاصیت تبادل کاتیونی CEC
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها
کاربرد زئولیت در کشاورزی
آزاد سازی تدریجی کود ها
اشنایی با زئولیت ها
زئولیتهای طبیعی :
زئولیت به عنوان جذب کننده
زئولیت پاک کننده ی محیط زیست
زئولیتها برای فرایندهای جداسازی
زئولیتها به عنوان کاتالیزورها:
کانی زئولیت (Zeolite) وکاربردهای آن
چکیده
مقدمه
خواص عمومی زئولیت ها
الف)تبادل کاتیونی
ب) فیلتر)غربال( مولکولی
ج )جذب و دفع
د) جذب آب و برخی ترکیبات آلی
و) جذب انتخابی
کاربرد زئولیتها درکشاورزی
کاربرد زئولیتها در تصفیه آب
کاربرد زئولیت ها در تصفیه فاضلاب
مصارف مهم زئولیتها در جدول(۲) و کاربرد زئولیتها در کشورهای مختلف در جدول(۳)
جدول (۲)توزیع انواع کاربرد زئولیت ها در جهان
جدول (۳)زئولیت های طبیعی و نوع استفاده از آنها در برخی کشورها
زئولیت ها
الف- خالص سازی
الف- کاربردها در مقیاس بزرگ
زئولیت های طبیعی
الف – زئولیت ها اغلب در لایه های رسوبی ،
الف – زئولیت ها اغلب در لایه های رسوبی ،
۱- زئولیت های مصنوعی
تولید زئولیت ها
نتیجه گیری
منابع: