زئولیتها

به طور کلی از کاربردهای مهم زئولیتها در سه بخش جذب شوینده ها و کاتالیزورهاست.از جمله مصارف جهانی زئولیتها در سه بخش کاربردی واحد صنعتی ٬ دو جداره کردن پنجره ها و به عنوان عامل اتصال دهنده ی آب در سیستم های پلی یورتان است.زئولیتها در اصل مواد الومینو سیلیکاتی هستند که دارای ساختار کریستالی می باشند  آلومینو فسفاتها و سیلیکوآلومینو فسفاتها (SAPO) نیز با ساختار زئولیتی ساخته شده اند ولی هنوز از اهمیت صنعتی برخوردار نیستند. شناسایی زئولیتها برای نخستین بار توسط کرونستد کانی شناس سوئدی صورت گرفت.

 

از لحاظ شیمیایی زئولیتها به کمک نسبت Si/Al موجود در چارچوب آنیونی آنها از یکدیگر متمایز می شوند. این نسبت بین یک  و بی نهایت در زئولیت سیلیکالیت (یک نوع اصلاح شده ی سیلیکای بلوری عاری از الومینیم ) متغیر است.مقاومت اسیدی و پایداری گرمایی زئولیتها با افزایش نسبت Si/Al افزایش می یابد.زئولیتها در ساختارهای متعددی وجود دارند. واحدهای پایه معمولا چهاروجهی های SiO4 و AlO4 هستند که توسط اتمهای اکسیژن اشتراکی به هم متصل شده اندماهیت زئولیتها از روی سیستم حفرات موجود در چارچوب آنها مشخص می شود به طوری که حجم این حفرات مشخصه ی نوع زئولیت خواهد بود. این حفرات توسط منافذی به هم مرتبط شده اند و قطر این منافذ نیز نوع زئولیت را تعیین خواهد کرد.

 

زئولیتهای طبیعی : حدود 40 نوع زئولیت در طبیعت شناخته شده است که تعدادی از آنها از اهمیت صنعتی برخوردارند.زئولیتهای طبیعی نتیجه ی غیر مستقیم فعالیتهای آتشفشانی هستند و از طریق دگرگونی هیدروترمال بازالت ٬ خاکستر آتشفشانی و سنگ پا تشکیل می شوند ( در حفرات بازالتی و در کانسارهای رسوبی بزرگ یافت می شوند.)

 

زئولیت به عنوان جذب کننده : مولکولهایی که برای نفوذ به درون منافذ زئولیتها به قدر کافی کوچک هستند می توانند شدیدا به زئولیتها متصل شوند. این مسئله به ویژه در مورد آب و سایر مولکولهای قطبی و قطبش پذیر کوچک صدق می کند و اساس کاربرد این مواد به عنوان خشک کننده یا تمیز کننده برای گازهایی نظیر گاز طبیعی یا هوا قبل از مایع شدن را تشکیل می دهد. به علاوه از زئولیتها برای خارج نمودن اب از مدارهای بسته ی مایع ( مثلا در واحدهای منجمدسازی جهت جذب آب و جذب حلال باقی مانده در فضای بین شیشه ی پنجره های دو جداره به منظور جلوگیری از چگالش ) نیز استفاده می شود. زئولیتها به صورت صنعتی جهت خارج کردن دی اکسید کربن ٬سولفید هیدروژن ٬مرکاپتانها و غیره از مخلوط گازی به کار میرود. زئولیتها در ذخیره سازی گرما هم استفاده می شودبه این صورت که در اثر جذب آب توسط زئولیتها هوای مرطوب گرم می شود و به دنبال آن به کمک انرژی خورشیدی زئولیتها آب زدایی می شوند.

 

زئولیت پاک کننده ی محیط زیست : زئولیتها می توانند در محیط زندگی ابزیان آمونیم را که وجود آن حتی در حد چند گرم در تن مسمومیت زا می باشد جذب کنند که علاوه بر جذب آلودگی ها به تامین اکسیژن ماهی ها هم کمک کنند.

 

زئولیتها برای فرایندهای جداسازی : در حفرات زئولیتها میدانهای الکتروستاتیکی شدید وجود دارد. به همین دلیل نیتروژن که قطبش پذیر است در زئولیتها به مراتب مقیدتر از اکسیژن می باشد. به کمک چرخه های چند مرحله ای جذب _واجذب تحت فشار امکان تولید هوای غنی از اکسیژن وجود دارد که می تواند در تاسیسات فاضلاب یا فولاد کاری استفاده شود. زئولیتها می توانند نقش غربال مولکولی داشته باشند مثلا مخلوطهای n- و ایزوآلکانها می توانند جداسازی شوند زیرا فقط n- آلکانها امکان نفوذ به داخل حفرات زئولیت را دارند.

 

زئولیتها به عنوان کاتالیزورها: فرایندهای مهمی که در آنها زئولیتها به عنوان کاتالیزور به کار برده می شوند عبارتند از : 1) در ایزومریزاسیون n- آلکانها به ایزوالکانها جهت مقاصد سوختی. 2) در کراکینگ کاتالیزوری محصول تقطیر نفت خام برای تولید سوخت. 3) در تولید سوختها آلکنها یا ارنها از متانول ٬ موم زدایی الکانها ٬ آلکیل دار کردن بنزن و تبدیل آن به اتیل بنزن به کار برده می شود.4) در هیروکراکینگ (تبدیل برشهای نفت خام به بنزین در حضور هیدروژن ) مورد استفاده قرار می گیرد. زئولیت به عنوان کاتالیزور هیدروژن دار کردن حاوی پالادیوم یا پلاتین می باشد.

 

از دیگر کاربردهای زئولیت : مقادیر زیادی از سنگ های زئولیت دار در کشورهای مختلف تحت فراوری قرار می گیرد و در تولید سیمانها ملاتها و بلوکهای سبک ساختمانی به کار برده می شود. در ژاپن از زئولیتهای طبیعی به عنوان پرکننده در صنعت کاغذ استفاده می گردد.


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 9.5 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 1000 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 8) ، 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 20 تا 500 متر حاوی کانیهای رسی بوده و بعد از آن در صورت مناسب بودن PH آبهای زیرزمینی 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 2H2O ، 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 94 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 350 تا 400 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 13 آنگستروم ، سدیم‌دار 4 آنگستروم و برای کلسیم‌دار 5 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 4.5 آنگستروم است، می‌تواند هیدروکربوری مانند اکتان و نپتان را که قطر آنها حدود 4.3 آنگستروم است جذب نماید و هیدروکربورهای ایزواکتان و ایزوپنتان را که قطر آنها 5 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 90 درصد خالص است.

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.


برچسب‌ها: شیمی
+ نوشته شده در  سه شنبه ۱۸ بهمن ۱۳۹۰ساعت 15:41  توسط سيد مصطفي محمدزاده   |