آشنایی با زئولیت

به طور کلی کاربردهای مهم زئولیت در سه بخش جذب، شوینده‌ها و کاتالیزورهاست. از جمله مصارف جهانی زئولیت‌ها در سه بخش کاربردی واحد صنعتی، دو جداره کردن پنجره‌ها و به عنوان عامل اتصال دهنده آب در سیستم‌های پلی یورتان است.

زئولیت‌ها در اصل مواد آلومینو سیلیکاتی هستند که دارای ساختار کریستالی می‌باشند آلومینو فسفاتها و سیلیکوآلومینو فسفاتها (SAPO) نیز با ساختار زئولیتی ساخته شده اند ولی هنوز از اهمیت صنعتی برخوردار نیستند.

آشنایی با ویژگی های زئولیت ها

زئولیت‌ها مواد معدنی خاصی هستند که از خانواده‌ای از معادن سیلیکاتی به نام زئولیت‌ها (Zeolites) به‌شمار می‌روند. این مواد با ساختار متخلخل و شبکه‌ای منحصر به فرد شناخته می‌شوند و در معدن‌ها یا به صورت مصنوعی تولید می‌شوند. زئولیت‌ها در علوم مواد، صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، و حتی در صنایع پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه، به برخی از ویژگی‌ها و کاربردهای زئولیت‌ها اشاره خواهم کرد:

• ساختار متخلخل:
  زئولیت‌ها دارای ساختاری با منظور متخلخل هستند که به آن‌ها امکان جذب و انتقال مولکول‌های مختلف را می‌دهد.
• توانایی جذب:
  بسیاری از زئولیت‌ها توانایی جذب گازها، مواد معدنی، و حتی مولکول‌های بزرگتر را دارند که این ویژگی آن‌ها را در پردازش و تصفیه مواد مختلف مفید می‌سازد.
• تبادل یون:
  برخی از زئولیت‌ها قابلیت تبادل یون دارند که این ویژگی آن‌ها را در فرایندهای مختلفی از جمله نرم‌کننده‌ها در آب و تصفیه آب استفاده می‌کند.
• مقاومت شیمیایی:
  زئولیت‌ها به طور کلی مقاومت خوبی نسبت به شرایط شیمیایی دارند که این ویژگی آن‌ها را در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مفید می‌سازد.

کاربردهای زئولیت:

1. تصفیه آب: زئولیت‌ها به عنوان جاذب‌های عالی برای یون‌ها و مواد آلی در فرآیندهای تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

2. کاتالیزورها: برخی از زئولیت‌ها به عنوان کاتالیزورها در فرایندهای شیمیایی و نفت‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

3. تولید انرژی: زئولیت‌ها در فرایند‌های جذب و آزادسازی گازهای مختلف مانند CO2 در فرآیندهای تولید انرژی نیز استفاده می‌شوند.

زئولیت‌ها از لحاظ شیمیایی

از لحاظ شیمیایی زئولیت‌ها به کمک نسبت Si/Al موجود در چارچوب آنیونی آنها از یکدیگر متمایز می‌شوند. این نسبت بین یک و بی نهایت در زئولیت سیلیکالیت (یک نوع اصلاح شده سیلیکای بلوری عاری از آلومینیوم) متغیر است. مقاومت اسیدی و پایداری گرمایی زئولیت‌ها با افزایش نسبت Si/Al افزایش می‌یابد.

زئولیت‌ها در ساختارهای متعددی وجود دارند. واحدهای پایه معمولاً چهار وجهی‌های SiO4 و AlO4 هستند که توسط اتم‌های اکسیژن اشتراکی به هم متصل شده‌اند ماهیت زئولیت‌ها از روی سیستم حفرات موجود در چارچوب آنها مشخص می‌شود به طوری که حجم این حفرات مشخصه نوع زئولیت خواهد بود. این حفرات توسط منافذی به هم مرتبط شده‌اند و قطر این منافذ نیز نوع زئولیت را تعیین خواهد کرد.

زئولیت های طبیعی

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

به عنوان جذب کننده

مولکول‌هایی که برای نفوذ به درون منافذ زئولیت‌ها به قدر کافی کوچک هستند می‌توانند شدیداً به زئولیت‌ها متصل شوند. این مسئله به ویژه در مورد آب و سایر مولکول‌های قطبی و قطبش پذیر کوچک صدق می‌کند و اساس کاربرد این مواد به عنوان خشک کننده یا تمیز کننده برای گازهایی نظیر گاز طبیعی یا هوا قبل از مایع شدن استفاده می‌شوند.

به علاوه از زئولیت‌ها برای خارج نمودن آب از مدارهای بسته مایع (مثلاً در واحدهای منجمدسازی جهت جذب آب و جذب حلال باقی مانده در فضای بین شیشه پنجره‌های 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 می‌شود به 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 می‌شوند.

بیشتر بخوانید: کاربرد زئولیت در کشاورزی

پاک کننده ی محیط زیست

زئولیتها می توانند در محیط زندگی آبزیان 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.

برای فرایندهای جداسازی

در حفرات زئولیتها میدانهای الکتروستاتیکی شدید وجود دارد. به همین دلیل نیتروژن که قطبش پذیر است در زئولیتها به مراتب مفیدتر 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 می‌توانند نقش غربال مولکولی داشته باشند مثلا مخلوط‌های n- و ایزوآلکان‌ها می‌توانند جداسازی شوند زیرا فقط n- آلکانها امکان نفوذ به داخل حفرات زئولیت را دارند.

به عنوان کاتالیزورها

فرایندهای مهمی که در آنها زئولیت ها 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:

• در تولید بلوکهای سیمانی سبک ساختمانی
• به عنوان پرکننده در صنعت کاغذ
• در تولید کود کشاورزی (زئولیت معدنی)
• در کف پوش مرغداری ها
• در استخر پرورش ماهی