زئولیت

زئولیت چیست؟

زئولیت یا سنگ جوشان (Zeolite) واژه ای یونانی می باشد که به دلیل قدرت جذب سطحی بسیار بالا و تبادل یونی در کشاورزی، تصیفه آب و فاضلاب و همچنین تولید مواد غذایی برای دام و طیور مورد استفاده قرار میگیرد. ساختار این گروه از کانی ها متخلخل بوده و با رنگ های زرد، سفید و قهوه ای مایل به قرمز و گاها بی رنگ در طبیعت پیدا می شوند.

کاربردهای زئولیت
کاربردهای خانکی ترکیبات زئولیت در درجه اول به ویژگی جذب بو و مایعات آنها بستگی دارد. این ماده طیف وسیعی از گازها از جمله فرمالدئید و سولفید هیدروژن را جذب می کند و به بهبود هوای محیط داخل خانه یا دفاتر کمک می کند.

زئولیت به طور معمول به فیلترهای کوچک هوا اضافه می شود تا چنین گازهایی را جذب کند و مشکلات آلرژی را کاهش دهد. همچنین می توان از این ماده برای خشک کردن کفش ورزشی و کاهش رطوبت در کمدهای لباس استفاده کرد. زئولیت برای جذب بوی سیگار نیز استفاده می شود و ماده بسیار مفیدی برای تمیز کردن فرش هاست.

زئولیت طبیعی یک فیلتر طبیعی بسیار خوب برای تصفیه آب است که عملکرد بهتری نسبت به فیلترهای ماسه ای و کربنی دارد و می تواند آبی خالص تر با سرعت تصفیه بالاتر ارائه دهد درحالیکه به روش های نگهداری خاصی هم نیاز ندارد.

انواع زئولیت:
 

آنالیسمNaAlSi2O6.H2O

ناترولیت Na2Al2Si3O10.2H2O

اسکولسیتCaAl2Si3O10.3H2O

تامسونیت NaCl2Al5H20.6H2O

هیولاندیت Ca2Al4Si14O36.12H2O  

فیلیپسیت (K2.Na2.Ca)(Al2Si6)O16.6H2O

هارموتوم (K2.Ba)(Al2Si6)O16.6H2O

استیلبیت (Na2.Ca)(Al2Si7)O18.7H2O

شابازیت (Na2Ca)(Al2Si4)O12.6H2O

لامونتیت Ca(Al2Si4)O12.6H2O

موردنیت (K2.Na2.Ca)(Al2Si10)O24.7H2O

کلینوپتیولیت K2Na2Ca2(Si29A17)O72.24H2O

خواص زئولیت ها
 

زئولیت ها دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی هستند که در بسیاری از کاربردهای تجاری مهم مورد بهره برداری قرار می گیرند. خواص مهم فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها به قرار زیر می باشند:
- درجه بالایی از آبدار شدن
- وقتی که آبدار شوند، چگالی پایین و حجم فضای خالی بزرگی دارند.
- ساختار بلوری بسیاری از زئولیت ها وقتی که آبزدا شوند، پایدار می گردند.
- خواص تبادل یونی
- کانال های با اندازه مولکولی یکنواخت در بلورهای آبزدا شده
- توانایی جذب گاز و بخار
- خواص کاتالیزوری
سرندهای مولکولی، موادی هستند که می توانند به طور انتخابی مولکولها را براساس اندازه، شکل یا بارالکتریکی جذب کنند. کاربردهای تجاری زئولیت ها، براساس خواص زیر استوار می باشند: سرندکاری مولکولی، تبادل یونی، جذب و کاتالیزوری.

 مشخصه های اصلی زئولیت
 

1- درجه بالای آبدار (هیدراته) شدن

2- در زمان بی آب (دهیدراته) شدن، تراکم پایین و فضاهای خالی بالایی دارند.

3- ساختمان بلوری اغلب زئولیت ها موقع بی آب شدن، پایدار می ماند.

4- دارای خاصیت تبادل کاتیونی هستند.

5- بلور دهیدراته دارای کانال های یکنواختی از نظر مولکولی و اندازه می باشد.

6- خواص فیزیکی متنوعی از قبیل هدایت الکتریکی، خواص کاتالیتیکی، جذب و شبکه یونی دارند.

غربالگری مولکولی زئولیت چیست؟
 

به دلیل بار منفی زئولیت، مولکولهای قطبی نظیر آب به شدت جذب زئولیت شده و داخـل حفـرات وارد مـی شـوند. در صـورتی کـه قطـر مولکولهای گاز برابر قطر حفرات تخلخل سطحی زئولیـت باشـند ایـن مولکولهـا تحـت فشـار بـالا و قطبیـت زئولیـت وارد حفـرات شـده و مولکول هایی که بزرگتر از اندازه حفرات تخلخل های سطحی هستند به آسانی از مجاور آن عبورکرده و بدین ترتیب عمل غربـالگری صـورت می پذیرد.

مکانیزم اتصال مولکولهای گاز ، آب و هیدروکربن ها به زئولیت از نوع پیوند شیمیایی و بدون تغییرات در ساختار فیزیکی زئولیـت می باشد. مولکولهای نیتروژن بطور شیمیایی به زئولیت می چسبد. ولی خواص فیزیکی و ساختار صلب و Rigid زئولیت را تغییر نمی دهد. این مکانیزم را جذب سطحی ( Adsorption) می نامند.

در صورتی که جذب منجر به تغییر خواص فیزیکـی شـود ایـن مکـانیزم را ( Absorption ) می نامند، مانند جذب آب به دستمال کاغذی که منجر به تغییر خواص فیزیکی دستمال می گردد.

عیب زئولیت
زئولیت به دلیل واکنش های شیمیایی که ایجاد می کند ظروف دور فلزی مثل طلایی یا نقره ای را از بین می برد.

تکنولوژی زئولیت در ماشین ظرفشویی

در ظرفشویی های جدید ، از تکنولوژی خاصی برای خشک‌ کردن ظروف استفاده شده‌ است. در این محصولات با استفاده از ماده‌ای شیمیایی به نام زئولیت (Zeolite) کاری کرده‌اند که در عین حذف شدن المنت خشک‌کن، ظرف‌ها از درون دستگاه خیس بیرون نیایند. این ماده –که هم به‌صورت سنگ معدنی قابل تهیه است و هم از ترکیب مواد شیمیایی- تمایل بالایی به جذب آب و رطوبت دارد و این رطوبت را از آبی که پس از تمام شدن مراحل شست‌وشو درون ماشین ظرف‌شویی باقی مانده کسب می‌کند. زئولیت به دلیل خاصیت شیمیایی‌اش پس جذب رطوبت، گرمای شدیدی تولید می‌کند؛ گرمایی که برای جوشاندن آب کافی است! این گرما باعث می‌شود درون ظرف‌شویی به‌شدت داغ شود و قطره‌های آب به جا مانده روی ظروف بخار شود. با استفاده از زئولیت، استفاده از انرژی الکتریکی برای خشک‌کردن حذف می‌شود و نتیجه‌ی دلخواه حاصل می‌شود. خوبی زئولیت در این است که یک ماده‌ی مصرفی نیست و می‌تواند هزاران بار این کار را انجام دهد و نیاز به تعویض یا تهیه‌ی مجدد آن نیست.

موارد استفاده زئولیت
ساختار قفس ماند زئولیت ها باعث گردیده که کاربردهای متنوعی داشته باشند، یکی از پرکاربردترین موارد استفاده از آن، نرم کننده های آب و فیلترهای آب می باشد. در نرم کننده های آب دارای ویژگی تبادل یونی، آب سخت (که مملو از کلسیم و منیزیم می‌باشد) به درون محفظه ای عمومی و ستون مانند که حاوی زئولیت است پمپ می شود. این ماده به سرعت، یونهای کلسیم و منیزیم را از آب سخت جدا میکند. بدین ترتیب آب سخت به آب نرم تبدیل می شود. اما مقدار سدیم موجود در آب نرم مقداری افزایش می یابد (بعلت تبادل یونها)

بسیاری از پودرهای مورد استفاده در ماشین های لباسشویی و ظرفشویی حاوی از این ماده هستند تا بتوانند کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت را جدا کرده و باعث شود که عملکرد آب افزایش قابل چشمگیری داشته باشد .

قیمت زئولیت
قیمت زئولیت تولیدی با توجه به کاربرد این ماده برای صنایع مختلف متفاوت است. ساختار قفس مانند زئولیت ها آنها را برای انواع کاربردهای مختلف مفید می کند. یکی از بزرگترین کاربردهای روزمره زئولیت ها در نرم کننده های آب و فیلترهای آب است. به عنوان مثال، در نرم‌ کننده‌های آب تبادل یونی، آب سخت (غنی از یون‌های کلسیم و منیزیم) توسط زئولیت ها به دام می افتد و یون های سدیم را در جای خود آزاد می کنند و در نتیجه آب نرمتر می شود و از نظر سدیم غنی تر است.