معرفی،خواص وکاربردهای زئولیت‌ها(2)

قسمت اول

زئولیت هاهمچنین در جذب و حذ ف آلاینده های محیط زیست ازجمله فلزات سنگین و مضر از آبهای آلوده و فاضلابهای شهری و صنعتی مورد استفاد ه قرارمی گیرند.فاضلابها ممكن است حاوی كاتیونهای عناصر سنگین مانند روی-کادمیوم-مس-آهن-جیوه وآنیونهای مضر چون سیانیدها باشند كه می توانند موجب زیانهای اكولوژیكی و زیست محیطی فراوانی گردند و زئولیت ها نقش اساسی در پالایش این كاتیونها و آنیونها دارند.

در این قسمت در ادامه قسمت قبل به بیان تولید زئولیت ها وخواص عمومی زئولیت ها می پردازیم.

تولید زئولیت ها 

تولید زئولیت ها تحت شرایط گرمابی انجام می گیرد. اصطلاح گرمابی در اینجا به معنی تبلور زئولیت ها از محلول آب دار حاوی اجزای شیمیایی لازم است.  پلیمرهای آلومینا سیلیس آبدار با وزن مولکولی کم یعنی Si(OH)4 و Al(OH)3 مونومر هایی هستند که در اثر ترکیب با هم واحدهای ساختاری ثانوی را در فاز محلول به وجود می آورند ، واحدهای ثانوی یا به طور مستقیم به روی هسته یا وجهی از بلور در حال رشد می نشینند  و یا قبل از اتصال به صورت چند وجهی بزرگتر شکل می گیرند ، بسیاری از واحدهای ساختاری از این قبیل ممکن است در محلول شکل بگیرند ، لکن فقط تعداد معدودی از آن ها هستند که با موفقیت به بلور در حال رشد متصل می شوند  .نوع زئولیت به دست آمده توسط شرایط تولید تعیین می شود .از جمله ی این شرایط می توان به غلظت مواد واکنشگر ،pH ، دما و غلظت مواد افزودنی اشاره نمود.

فاکتور های موثر بر فرایند تولید عبارتند از :

1.طبیعت مواد شرکت کننده در واکنش و فرایند آماده سازی آن ها

2.روشی که از طریق آن، مخلوط واکنش آماده می شود و ترکیب کلی اجزای مخلوط پس از آماده شدن

3.همگن بودن یا غیر همگن بودن

4.pH مخلوط

5.زمان ماند در دمای پایین برای ژل ها

6.نطفه بندی ( هسته زایی )

7.اضافه کردن افزودنی های خاص

8.دما و فشار

فاکتور اول نشانگر این هستند که نطفه بندی به وسیله ی متغیر های ترمودینامیکی ای چون ترکیب ، دما یا فشار کنترل نمی شود .بلکه با فاکتورهای حساس محیطی کنترل می گردد. به طور کلی واکنشگر ها عبارتند از : سدیم آلومینات ، سدیم سیلیکات ؛ سیلیسیک اسید ، سدیم هیدروکسید که برای تنظیم pH اضافه می شود . زئولیتها به روش طبیعی دردریاچه‌های (قلیایی نمکی)، سیستم بازآبهای زیرزمینی، خاکهای محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل می‌شوند.

خواص عمومی زئولیت ها

ازجمله خواص منحصر به فرد زئولیتها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:

تبادل كاتیونی

این خاصیت به یونهای با اتصال ضعیف در زئولیت مربوط است كه به آسانی با یونهای دیگر جابجا میشوند . زئولیت های مختلف ازنظر تبادل كاتیونی برای كاتیونهای مختلف ترتیب مشخصی دارند. در كلینوپتیولیت، جانشینی ازCs به سویMg  كاهش می یابد:

Cs>Rb>K>NH4>Ba>Sr>Na>Ca>Fe>Al>Mg>Li

در شابازیت، جانشینی ازK به سوی Ca کاهش می یابد:

Ti>Cs>K>Ag>Rb>NH4>Pb>Na=Ba>Sr>Ca>Li

زئولیت برای جداسازی یونهای منیزیم و كلسیم در پاك كننده ها، كود و خاك، غذای حیوانات و نیز برای جداسازی نیتروژن به صورت آمونیاك و فلزات سنگین در كشاورزی آبی،غذای حیوانات خانگی فاضلاب كشاورزی و جداسازی NH3،H2S ،SO2 ،CO2از فضولات جانوری ،گازهای زائد، گازطبیعی شور و آلوده به كار می رود.

فیلتر(غربال) مولكولی

چنانچه زئولیتها در دمای  350 تا 400  درجه سانتیگراد برای چند ساعت حرارت داده شوند، آب موجود در مجاری و فضای كانال مانند آنها آزاد میشود و زئولیتهای بی آب بدست می آیند. قطر فضاهای كانال مانند، مشخص و تابع تركیب شیمیایی، زئولیتها است. قطر این فضاها در زئولیت های پتاسیمدار، سدیم دار و كلسیم دار به ترتیب 4،3 و5 آنگستروم است.موادی كه ابعاد مولكولی آنها كمتر از قطر فضای زئولیت باشد، جذب میشوند و آنهایی كه بزرگتر هستند، دفع خواهند شد.

قابلیت جذ ب سطحی بعضی از زئولیت ها تا 30درصد وزن آنها است . جانشینی كلسیم به جای سدیم به میزان 30 درصد قطر كانال های زئولیت را افزایش می دهد و جانشینی پتاسیم به جای سدیم موجب كاهش قطر كانال می شود. زئولیتها میتوانند مواد سمی یا مواد با فعل و انفعال زیاد را در خود جذب كنند و به این ترتیب استفاده از مواد سمی جذب شده امكان پذیرگشته است. از زئولیتها در پلیمریزه كردن پلیمرها ولاستیكها و همچنین در چاپهای رنگی استفاده می شود.

جذب و دفع

كانالهای زئولیت پس از تخلیه آب، برای جذب سایر مولكولهای كوچك آماده میشوند.این مولكولهای كوچك، بی آنكه راهی برای مولكولهای بزرگتر وجود داشته باشد، به سوی داخل جذب میشوند . در روند رقابت در جذب مولكول ها،مولكولهای پلاریزه كه نتیجه فعل و انفعالات الكترواستاتیك، پر شدن چارچوب و یونهای شناور است، بر سایر مولكول ها ترجیح داده میشود. اندازه حفره های مؤثر توسط ابعاد شبكه كنترل میشود. یك زئولیت ممكن است توسط تبادل یونی و نوع جذب تغییر كند. ظرفیت جذب و همچنین ثبات زئولیت، با استخراج یون آلومینیوم از چارچوب آن افزایش می یابد.

یون آلومینیوم خارج شده از این چارچوب جای خود را به یونهای هیدروژن می دهد. در نتیجه، ساختمان بدست آمده شبیه4 (oH)جایگزین شده برای sio4 است .یونهای جذب شده را میتوان با افزایش فشار یا حرارت بیرون كرد یا یونهای دیگر را جانشین آن كرد یا به آن افزود تا جایی كه در اثر حرارت، تخریبی در این فعل وانفعال بوجود نیاید.

جذب آب و برخی تركیبات آلی

قدرت جذب آب زئولیت و از دست دادن آن بدون تخریب ماتریكس میتواند سطح رطوبت را در مناطق كم رطوبت كنترل كند. با تغییر در مقدار رطوبت خاك انرژی گرمایی توده خاك نیز به مقدار قابل ملاحظه ای تغییر می كند. بنابراین نوسانات درجه حرارت در خاكهای مرطوب به مراتب كمتر از خاكهای خشك است. زئولیتها همچنین قادرند حمل كننده بسیاری ازحشره كشها، آفت كشها و قارچ كشها باشند.

جذب انتخابی

جذب و جانشینی یونی در زئولیتها انتخابی است. زئولیتها مولكولهایی را كه دارای گشتاور قطبی دائمی باشند، در بیشترموارد جذب می كنند. شعاع و شكل هندسی مولكول و فضاهای خالی موجود در زئولیتها از عاملهای مهم در جذب وجانشینی به شمار می آیند.

زئولیتهای سدیم دار می توانند  H2o،Co2،So2  و هیدروكربنهایی را كه دست كم دو اتم كربن داشته باشند، جذب كنند همچنین زئولیتهای كلسیم دار می توانند پارافین و الكل را جذب كنند.

  ادامه دارد...

منبع: zeolitescams* geologypaveh1* zeolite* rasekhoon* spoi *iran-engs *mohit-zist