بخشی از مقاله
چکیده:
فیلیپسیت با داشتن سه نوع کانال با دهانه کمتر از 5×5 انگسترم، توانایی بالایی را در جداسازی عناصری همانند سرب، روی، مس و استرانسیوم از خود نشان داده است. از این رو فیلیپسیت به عنوان یک ماده حفرهدار مناسب جهت استفاده در سیستمهای تصفیه مطرح میباشد. اما به دلیل فقدان منابع نسبتاً خالص از این کانی در طبیعت و مقرون به صرفه نبودن فرآیند فرآوری فیلیپسیت طبیعی، تولید فیلیپسیت بطور سنتزی و در شرایط آزمایشگاهی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت.
در این مطالعه از محلول قلیایی پتاس و نیز از محلولهای NaCl و KCl با غلظتهای 1/25 تا 7/5 مول بر لیتر، به عنوان منبع یونهایNa+، K+ و OH- استفاده شده و کلیه آزمایشات در دمای 150درجه سانتیگراد، به مدت 96 ساعت و در شرایط هیدروترمال انجام شدهاند. این بررسیها نشان میدهند که فاز فیلیپسیت از تغییر فاز شیشه های آتشفشانی موجود در پومیس - ماده اولیه طبیعی مورد استفاده در این مطالعات - در غلظتهای کم تا زیاد قلیا و در هر دوحالت حضوروعدم حضورنمک اضافی، تشکیل شده و با افزایش غلظت پتاس بر مقدار آن افزوده میشود.
مقدمه:
غربالهای مولکولی موادی هستند که قادر به جداسازی مولکولها بر اساس ابعاد آنها میباشند. زئولیتها از اولین موادی هستند که با توجه به ساختار خود در زمره غربالهای مولکولی قرار گرفتند. جداسازی و خالص سازی مواد و محلولها قلمرو وسیعی از کاربردهای صنعتی را شامل می شوند که زئولیتها نقشی تأثیر گذار در آن ایفا مینمایند. فرآیندهای جداسازی به صورت پیوسته - Continuous - و ناپیوسته - Batch - انجام میگیرند.
در فرآیندهای پیوسته از غشاهای زئولیتی استفاده میشود اما در فرآیندهای ناپیوسته جداسازی بر اساس جذب پودر با قرصهای زئولیتی انجام میشود. هر چند که در طول دهه گذشته، بیشتر کشورهای صنعتی در ساخت غشاهای زئولیتی - به خاطر اهمیت این غشاها- سرمایه گذاریهای فراوانی انجام دادهاند اما از آنجا که ساخت آنها به لحاظ تکنیکی دشوارتر میباشد لذا تهیه قرصهای زئولیتی به روش سنتز پودری به دلیل اقتصادیتر بودن، ترجیح داده میشود.
زئولیتها دستهای از آلومینوسیلیکاتهای بلورین و ریزحفره آبدار شامل کاتیونهای قابل تعویض از عناصر گروه IA وIIA چون سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، استرانسیم و باریم هستند که میتوانند به طور برگشتپذیر، آب را جذب و واجذب کنند. از دیدگاه ساختاری، زئولیتها پلیمرهای بلورین پیچیده با شبکه سهبعدی شامل چهاروجهیهای [SiO4]4- و [AlO4]5- متصل به هم از طریق یونهای اکسیژن هستند. هماکنون زئولیتها در دو فرم طبیعی و سنتزی در سراسر جهان وجود دارند، که با توجه به نوع کاربرد، از زئولیت با خواص ویژه استفاده میشود. زئولیتها در فیلتر مولکولی، کنترل آلودگی، تولید اکسیژن، تصفیه گاز، ذخیره سازی انرژی خورشیدی، مصارف کشاورزی و ... مورد مصرف دارند.
ساختار منظم و فضاهای با ابعاد مولکولی زئولیت، جایگیری اتمهایی با قطر کوچکتر را در آن آسان کرده است. قدرت تبادل کاتیونی، جذب آب بدون ایجاد تغییر فیزیکی و شیمیایی در زئولیت و خاصیت جذب اتمهای مولکولهای گازی از جمله خواصی هستند که به یونهای موجود در کانالهای ساختاری زئولیتها وابستهاند. این یون-ها که با پیوندی ضعیف به چارچوب زئولیت متصلاند، به آسانی با یونهای دیگر جابجا میشوند. از زئولیتها برای جداسازی یونهای منیزیم و کلسیم در پاککنندهها، کود و خاک، جداسازی نیتروژن بهصورت آمونیاک و فلزات سنگین در آبهای کشاورزی، غذای حیوانات، فاضلاب کشاورزی، جداسازیCO2، SO2، H2S و... استفاده میشود - . - 1
فیلیپسیت با فرمول شیمیایی K2 - Ca0.5,Na - 4 - Al6Si10O32 - .12H2O از مهمترین کانیهای زئولیتی موجود در سنگهای آتشفشانی، رگههای معدنی، توفهای شیشهای ریولیتی آلتره، نهشتههای دریاچهای شور و رسوبات کف اقیانوس است. همچنین مطالعات ساختاری فیلیپسیت نشان دادهاند که در شبکه این کانی سه نوع کانال وجود دارد که توسط حلقههای هشتعضوی از تترائدرها تشکیل شدهاند و به موازات سه محور اصلی بلورشناسی - a,b,c - قرار گرفتهاند . - 2 - این کانالها همواره توسط مولکولهای آب و سایر کاتیونها اشغال میگردند.
توانایی بالای این کانی در جذب عناصری همانند سرب، روی، مس و استرانسیوم آن را به عنوان یک گزینه مناسب جهت استفاده در سیستمهای تصفیه مطرح نموده است. اما به دلیلقدانف منابع نسبتاً خالص از این کانی در طبیعت و از آنجا که فرآیند فرآوری و بالا بردن خلوص این کانی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمیباشد، لذا سنتز آن از مواد طبیعی و ارزان قیمت روش مناسب تری محسوب میشود. دراین مطالعه سعی شده است تا سنتز فیلیپسیت از پومیس در حضور یونهای Na+ ، K+ و OH- تحت شرایط هیدروترمال و در آزمایشگاه بررسی گردد.
روش انجام مطالعه:
پومیس یک سنگ آتشفشانی سبک وزن و متخلخل است که از انجماد گدازه های پیروکلاستیک شیشهای با بافت شدیدا حفرهای تشکیل میشود. بیشتر مواد تشکیل دهنده پومیسها ساختاری بلورین نداشته و به شکل آمورف می باشند و آنها را شیشه آتشفشانی - volcanic glass - مینامند. از این رو شیشههای آتشفشانی بسیار فعال بوده و به راحتی تحت تأثیر شرایط محیطی و فرآیندهای ثانویه قرار میگیرند. در این میان، سیالات گرمابی تأثیر بیشتری داشته و باعث تغییر ماهیت آنها میشوند.
خرده پومیسهای مورد آزمایش از منطقهای در دماوند جمعآوری شدند و ابتدا پودر شده و سپس برای انجام آزمایشات مورد استفاده قرار گرفتند. از این نمونهها تعدادی مقطع نازک تهیه و بررسی شد که دارای آمفیبول - هورنبلند - ، بیوتیت و مقادیر نسبتاً قابل ملاحظهای کانیهای اپک بودند. از آنجا که مقدار کانیهای تیره در مجموع بسیار کم بوده؛ الگوی پراش پرتوی ایکس نمونه اولیه، ترکیب کانیشناسی این پومیسها را عمدتاً آلبیت، سانیدین و بیوتیت نشان میدهد که تأییدی بر نتیجه بررسیهای پتروگرافی نمونه اولیه نیز میباشد.
