Download
1 / 17
E N D
بسم الله الرحمن الرحیم زئولیت
زئولیت: زئولیت ها گروه بسیار بزرگی از سیلسکاتهای آبدار را با شباهتهای زیادی از نظر ترکیب همراهان و نحوه رخداد تشکیل میدهند این کانی های سیلیکاتهای آلومینیوم داربستی دارای Na; CA; kو مقادیر بسیار متغیری H2Oهمراه هستند. بسیاری از آنها ممکن است به آسانی و با یک تورم آشکار گداخته شوند . زئولیت ها بطور معمول کانی های خوب تبلور یافته در نظر گرفته میشوند که در حفره ها و رگه های سنگهای آذرین بازی تشکیل میشوند. پيوند آبدار در زئولیتها بسيار سست است، بطوري که در دماي پايين ، آب خود را از دست مي دهند.
زئولیت چیست: کلمه زئولیت مشتق از دو کلمه یونانی است که با هم به معنای سنگ جوشان می باشد و 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 صورت شبکه کریستالی شامل اکسیژن و آلومینیوم یا سیلیس هستند که به صورت ساختمانی سه بعدی درآمده اند. زئولیت ها داراي منشا طبيعي بوده و به روش مصنوعي نيز توليد مي شوند.که زئولیت ها به روش طبيعي در درياچه هاي قليايي (نمکي) ، آلتراسيون توفها ، سيستم باز آبهاي زيرزميني ، خاکهاي محيط قليايي و رسوبات عميق دريا تشکيل مي شوند.
رياچه هاي قليايي و نمکيدرياچه هاي قليايي و يا نمکي واقع در مناطق گرم و خشک در بخشي از آب اسيديته PH آن به حدود ۹.۵ مي رسد، محيط مناسبي براي تشکيل زئولیتهاست. موادي که در اين درياچه ها مي توانند به زئولیتتبديل شوند عبارتند از شيشه هاي طبيعي ، توفها ، کائولينيت ، مونتموريونيت و پلاژکلاز. زئوايتهاي که در اين محيط تشکيل مي شوند، عبارتند از فيليسپيت ، کلينوپتاليت ، اريونيت و به مقدار کمتر موردنيت و منشا بازيت. علاوه بر زئولیتها ، فلدسپات سديم ، فلدسپات پتاسيم و کانيهاي بردار نيز تشکيل مي شوند.● آلتراسيوناز تاثير محلولهاي گرمايي در شرايط مناسب زئولیتها تشيل مي شوند. معمولا کلينوتپاليت و موردنيت در اعماق کمتر (دماي کمتر) و آناليست ، هيولانديت ، لامونتيت و واراکتيت در اعماق بيشتر (دماي بالاتر) تشکيل مي شوند.
● مناطق با سيستم آبهاي بازخاکستر و ديگر مواد پيروپلاستيکي اسيد حد واسط سخت نشده (تفرا) تحت تاثير آبهاي سطحي و زيرزميني قرار گرفته و تغييراتي از سطح به عمق در آنها ايجاد مي شود. از هيدروليز شيشه و ساير مواد در نزديکي سطح زمين کانيهاي رسي بويژه اسمکتيت تشکيل مي شود. با محل مواد به اعماق بيشتر ضمن افزايش PH شرايط براي تبديل شيشه به زئولیتها فراهم مي شود. خاکستر و مواد پيروپلاستيکي که در محيط خشکي تشکيل شده اند تا اعماق ۲۰ تا ۵۰۰ متر حاوي کانيهاي رسي بوده و بعد از آن در صورت مناسب بودن PH آبهاي زيرزميني زئولیتها تشکيل مي شوند.● خاکهاي محيطهاي قلياييدر محيطهاي خشک و نيمه خشک به دليل تبخير زياد کربنات و بي کربنات سديم در افق سطحي خاک افزايش يافته و با افزايش PH محيط براي تشکيل زئولیتها مناسب مي شود. محدوده تشکيل زئولیتها از سطح آبهاي زيرزميني به طرف سطح زمين است. ● رسوبات عميق درياتوفها و رسوبات عميق دريايي تحت تاثير چرخه هاي آبهاي گرم قرار گرفته در شرايط مناسب مي توانند به زئولیت آلتره شوند.
توليد زئولیت به روش مصنوعي▪ ابتدا ۲H۲O ، AL۲O۳ را در محلول داغ Na OH حل و سپس با سيليکات سديم (Na۲SiO۳) مخلط مي نمايند، مخلوط حاصل به مخازن ويژه تشکيل ژل منتقل مي شود. بلورهاي زئولیت در دماي حدود ۹۴ درجه سانتيگراد از محلول ژل شروع به تبلور مي نمايند.▪ آلتراسيون کائولين : ابتدا کائولين حرارت داده مي شود تا به متاکائولين تبديل شود بعد از آن را کلسينه نموده و سپس با استفاده از محلول اسيدي مقداري از سيليس آن را آزاد نموده محصول را با NaOHشستشو مي دهند.
طبقه بندی زئولیت: زئولیت ها معمولاً به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند که 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. طبقه بندی زئولیت ها بر مبنای ساختمان توپولوژی پیکر زئولیت به ٧ گروه به شرح زیر تقسیم می شوند: دارای چهار حلقه منفرد مانند: آنالیسم، فیلیپیست، لامونیت دارای شش حلقه منفرد مانند: اریونیت، لوینیت دارای چهار حلقه مضاعف مانند: زئولیت های دارای شش حلقه مضاعف مانند شابازیت، زئولیت های دارای پنج چهار وجهی مانند: ناترولیت، اسکولیست، مزولیت دارای هشت وجهی مانند: موردنیت، فریریت دارای ده چهار وجهی مانند: کلینوپتیلولایت، هولاندیت
در بعضی گزارشات زئولیت ها از روی وضعیت ساختمانی آنها به زئولیت های دانه ای و رشته ای و ورقه ای تقسیم بندی شده اند. همچنین زئولیت های طبیعی به طرق مختلف تقسیم شده اند از آن جمله: الف: تقسیم بندی بر اساس محیط پیدایش ( هیدروترمال، رسوبی، هوازدگی ) ب: تقسیم بندی بر اساس کانی شناسی ( بر مبنای دانسیته شبکه ساختمانی، نوع فضاهای خالی و کانال ها ) ج: تقسیم بندی بر اساس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ( مانند جذب و دفع مایعات و گازها، توانایی تبادل یونی و ..... ) در بین زئولیت های طبیعی تنها ۸ نوع به وفور در رسوبات و به میزان اقتصادی یافت می شود که این ۸ نوع عبارتند از آنالیسم، شابازیت، کلینوپتیلولایت، اریونیت، هولاندیت، لامونیت، موردنیت و فیلیپیست در این میان کلینوپتیلولایت فراوانترین زئولیت طبیعی است.
خصوصیات زئولیت: خصوصیات اصلی فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها مربوط به ترکیب شیمیایی و ساختمان بلورین آنهاست به عبارت دیگر خواص آنها به طبیعت شیمی و فیزیکی آب موجود در ساختمان زئولیت ها و همچنین به نحوه قرار گرفتن آب درون شبکه های مولکولی بستگی دارد. وجود فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و وجود فضاهای خالی و مواد معدنی متعدد به هم مرتبط در آنها از دیگر دلایل تنوع خواص زئولیت هاست. کاربرد زئولیت ها در صنایع محتلف بستگی به خواص فیزیکی و شیمیایی دارد. برخی از این خصوصیات عبارتند از: چگالی، اندازه، شکل، تخلخل و سختی، جذب سطحی و تبادل کاتیونی. زئولیت ها در اثر حرارت کف می کنند و نسبتاً آسان ذوب می شوند. به وسیله اسیدها به ویژه اسید کلریدریک با جداشدن سیلیس، ژله مانند و تجزیه می شوند. مقاومت آنها در مقابل حرارت متغیر می باشد
به طور کلی زئولیت ها دارای خصوصیات زیر می باشند: ۱- میزان آبگیری زیاد ۲-چگالی کم و حجم خالی زیاد هنگامی که آبگیری می شوند . ۳-ثبات ساختمان بلوری در هنگام آبگیری ۴-توانایی تبادل یونی 5-وجود کانالهای مولکولی یکنواخت در بلورهای آبگیری شده ۶-توانایی جذب گازها و بخارها ٧-خواص کاتالیزوری ۸-هدایت الکتریکی وزن مخصوص زئولیت ها کم و حداکثر تا ۵⁄۲ و سختی آنها بین ۳ تا ۵⁄۵ است. زئولیت ها در حالت خالص، بی رنگ و یا مات و خاکستری و در صورت داشتن هیدروکسیدهای آهن به رنگ زرد، قهوه ای تا قرمز هستند.
مقایسه خواص فیزیکی گروه زئولیت مانند سختی و گرانی ویژه با کانیهای سیلیس فلدسپارها و فلدیپاتویید
ازلحاظ 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
کاربرد های زئولیت: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.
توليد اکسيژنبعضي از زئوليتها نيتروژن را بطور انتخابي جذب مي نمايند. ژاپنيها با ساختن دستگاهي که در آن از موردنيت استفاده شده ، توانسته اند اکسيژن را از هوا تهيه نمايند. اکسيژن توليد شده تا ۹۰ درصد خالص است. • انرژي خورشيدياز زئوليتها بويژه شابازيت و کلينوپتاليت در ذخيره سازي انرژي خورشيدي استفاده مي شود. زئوليتهاي نامبرده در طول روز ، آب خود را از دست مي دهند و در فاصله شب و به هنگام جذب رطوبت مي توانند انرژي ذخيره شده در طول روز را آزاد نمايند. • کشاورزيزئوليتها را در کشاورزي براي بهبود کيفيت خاک ، تهيه خوراک حيوانات و همچنين در تهيه حشره کشها بکار مي برند • کنترل آلودگيکلينوپتاليت به علت داشتن خاصيت جانشيني يوني ، مي تواند ايزوتوپهاي سزيم و استرانسيم را که داراي خاصيت راديواکتيويته هستند، به خود جذب نمايد. محلولهاي حاوي کاتيونهاي راديواکتيو را از ستون حاوي کلينوپتاليت عبور مي دهند، آنگاه مواد راديواکتيو جذب کلينوپتاليت مي شوند. • مصارف ديگرپيش از اين زئوليتها به دليل وزن مخصوص پايين آنها به عنوان مصالح سبک وزن استفاده مي شده است. اينک زئوليتها را به عنوان ماده پر کننده در کاغذ استفاده مي کنند. مزاياي زئوليت نسبت به کائولين درصد اوپاکي بيشتر ، سهولت برش و کاهش وزن آن است. در خمير دندان از زئوليت به دليل قابليت پويش بهتر نسبت به CaHPO۴ و باقي ماندن فلوريد به صورت يوني استفاده مي شود.
كاربردهاي جديدتر زئوليت در واقع رفتن به سمت كشاورزي بر پايه زئوليت است و به جاي خاك از زئوليت به نام زئوپونيك كه متشكل از ۹۰درصد زئوليت و ۱۰درصد بقيه مواد مورد نياز است ، استفاده شود. زئوليت به طور طبيعي داراي سه فاكتور نيتروژن، فسفر و پتاسيم است و زئوپونيك خاكي است كه از تمام اين عناصر كه مورد نياز خاك و گياه است تشكيل شده است. تحقيقات نشان مي‌دهد وقتي از زئوپونيك براي كشت و زرع استفاده شود دو تا سه سال مواد مغذي خاك و گياه تامين مي‌شود و نيازي به كوددهي نيست. به عبارت ديگر استفاده از زئوليت باعث حاصلخيزي خاك مي‌شود. ميزان ماندگاري زئوليت در خاك تحقيقات نشان داده كه برخي كودهاي شيميايي بعد از سه بار متوالي آبياري حدود ۹۰درصد خاصيتشان شسته و از بين مي‌رود اما با استفاده از زئوليت مي‌توان كودهايي ساخت كه ۹۰درصد را به ۱۵درصد كاهش دهد. براي استفاده از زئوليت به عنوان كود راه‌هاي مختلفي وجود دارد كه ساده‌ترين آن استفاده فيزيكي از آن است اما در روش پيشرفته، توليد كودها بر پايه زئوليت است. به كودهايي كه با زئوليت ساخته مي‌شوند به اصطلاح كودهاي آهسته رهش گفته مي‌شود. اين كودها مواد مغذي را به آهستگي و با توجه به نياز گياه آزاد مي كنند حتي اين قدرت را دارند كه تشخيص دهند يك گياه در زمان مشخص به چه نوع مواد مغذي نياز دارد و با توجه به نياز گياه ماده مغذي مورد نظر را آزاد مي‌كند از اين رو به آن كود هوشمند گفته مي‌شود. منابع بسيار عظيمي از زئوليت در كشور ما وجود دارد كه با توجه به اصول و تحقيقات علمي و صنعتي شدن دنيا جا دارد از سوي مسوولان توجه بيشتري به استفاده از آن صورت گيرد و با ايجاد بستر علمي استانداردسازي زئوليت در كشور فراهم شود
زئوليت در ايراندر مناطق اشلق چاي و ني باغ (ميانه) ، سمنان ، طلعه (ورامين) ، رودهن ، طالقان و قلعه عسکر (کرمان) زئوليت عمدتا در سنگهاي آتشفشاني گزارش شده است
