ساختار و انواع زئولیت ها

ساختار شیمیایی

زئولیت ها جامدات سه بعدی، ریز متخلخل، کریستالی با ساختارهای کاملاً مشخص هستند که در چارچوب منظم خود حاوی آلومینیوم، سیلیکون و اکسیژن هستند. کاتیون ها و آب در منافذ قرار دارند.
اتم های سیلیکون و آلومینیوم از طریق اتم های اکسیژن مشترک به صورت چهار وجهی با یکدیگر هماهنگ می شوند. از نظر ترکیبی، زئولیت ها شبیه کانی های رسی هستند. به طور خاص، هر دو آلومینو سیلیکات هستند. با این حال، آنها در ساختار کریستالی خود متفاوت هستند.

بسیاری از انواع خاک رس ساختار کریستالی لایه ای دارند (شبیه به عرشه کارت) و با جذب آب و حذف بین لایه ها در معرض انقباض و متورم شدن هستند. در مقابل، زئولیت ها دارای ساختار کریستالی سفت و سخت و سه بعدی (شبیه به لانه زنبوری) هستند که از شبکه ای از تونل ها و قفس های به هم پیوسته تشکیل شده است.
آب آزادانه در داخل و خارج از این منافذ حرکت می کند اما چارچوب زئولیت ها سفت و سخت باقی می ماند. یکی دیگر از جنبه های خاص این ساختار این است که اندازه منافذ و کانال تقریباً یکنواخت است و به کریستال اجازه می دهد تا به عنوان یک غربال مولکولی عمل کند.

زئولیت متخلخل میزبان مولکول‌های آب و یون‌های پتاسیم و کلسیم، و همچنین انواع دیگر یون‌های با بار مثبت است، اما فقط آنهایی که اندازه مولکولی مناسبی دارند که در منافذ قرار می‌گیرند، می‌توانند خاصیت «الک» را ایجاد کنند. به دلیل ساختار منظم و قابل تکرارشان، رفتاری قابل پیش بینی دارند.

انواع زئولیت

زئولیت ها مواد معدنی طبیعی هستند که در بسیاری از نقاط جهان استخراج می شوند. بیشتر زئولیت های مورد استفاده تجاری به صورت مصنوعی تولید می شوند. هنگام توسعه برنامه های کاربردی برای زئولیت ها، مهم است که به یاد داشته باشید که همه این کانی ها یکسان نیستند.

نزدیک به 50 نوع مختلف زئولیت (کلینوپتیلولیت، شابازیت، فیلیپسیت، موردنیت و غیره) با خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت وجود دارد. ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی تفاوت های اولیه را به حساب می آورند. چگالی ذرات، گزینش پذیری کاتیون، اندازه منافذ مولکولی و قدرت تنها برخی از خواصی هستند که بسته به زئولیت مورد نظر می توانند متفاوت باشند. دانستن نوع خاصی از زئولیت مورد استفاده برای اطمینان از مناسب بودن آن برای نیازهای فرد مهم است.

زئولیت های طبیعی و مصنوعی متعددی وجود دارند که هر کدام دارای ساختار منحصر به فردی هستند. اندازه منافذ تجاری موجود از حدود 3 تا تقریبا 8 Å متغیر است. برخی از مواد تجاری عبارتند از: A، بتا، موردنیت، Y، ZSM-5.

بزرگترین تفاوت بین زئولیت طبیعی و مصنوعی

مواد مصنوعی از مواد شیمیایی مصرف کننده انرژی و مواد طبیعی از اجسام سنگ معدن طبیعی فرآوری می شوند.
زئولیت های مصنوعی نسبت سیلیس به آلومینا 1 به 1 و زئولیت های کلینوپتوتیلیت (کلینو) نسبت 5 به 1 دارند.
زئولیت‌های طبیعی کلینو در محیط‌های اسیدی خفیف، جایی که زئولیت‌های مصنوعی تجزیه می‌شوند، تجزیه نمی‌شوند. ساختار زئولیت طبیعی دارای سیلیس مقاوم در برابر اسید بیشتری است تا ساختار آن را در کنار هم نگه دارد. زئولیت طبیعی کلینو برای استفاده در صنعت کشاورزی به عنوان یک اصلاح کننده خاک و به عنوان یک افزودنی خوراک پذیرفته شده است.
در سال 1948، ریچارد بارر برای اولین بار یک زئولیت مصنوعی تولید کرد که مشابه طبیعی نداشت. تقریباً در همان زمان، میلتون اولین موادی را ساخت که مشابه طبیعی مانند زئولیت A نداشت. زئولیت‌های طبیعی جدید هنوز در حال کشف هستند و زئولیت‌های مصنوعی جدید در بسیاری از آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان اختراع می‌ شوند.