بخشی از مقاله
چکیده
زئولیت ها، آلومینوسیلیکات هاي معدنی کریستالی و هیدراته فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با شبکه سه بعدي هستند و به دو گروه عمده تقسیم می شوند، طبیعی مانند کلینوپتیلولیت، آنالسیم، لامومتایت، فیلیپسیت، موردنیت و مصنوعی یا سنتزي، مانند .W,ZSM-5,Zeolon,F,Gamma بطور کلی سه عواملی نظیرساختمان، بافت، ترکیب شیمیایی و نیز ارزش اقتصادي زئولیت هاي طبیعی و فرمهاي اصلاح شده، آنها را منابع بالقوهاي در زمینه- هاي گوناگون ساخته است که از جمله آنها می توان به این موارد اشاره کرد: استفاده به عنوان کاتالیست در صنایع نفت و پتروشیمی، صنایع آتش نشانی، صنایع کشاورزي به عنوان حاصلخیز کننده و افزاینده رطوبت خاك، پاکسازي فاضلابهاي شهري، صنعتی و هستهاي از آلایندههاي مضري نظیر فلزات سنگین و سمی، جذب و واجذب گازها و نظایر آن. تولید کنندگان مهم زئولیت، کشورهاي چین، کوبا، ژاپن، آمریکا و مجارستان میباشند که در مجموع بیش از 3 میلیون تن از تولید زئولیت دنیا را به خود اختصاص میدهند.
در ایران نیز ذخایر زئولیت درمناطقی نظیر میانه، طالقان، جنوب شرق سمنان، رودهن، راین کرمان و برخی دیگر مناطق پراکنده شده است. در این مقاله سعی شده است پتانسیل زئولیتهاي ایران از جمله سمنان از نقطه نظرهاي مختلف بخصوص استفاده در کشاورزي و محیط زیست مورد بررسی قرار گیرد. زئولیتها با داشتن ظرفیتهاي فوقالعاده در جذب آب و برخی عناصر غذایی مورد نیاز گیاهان بخوبی قادر است ضمن تامین آب مورد نیاز، از هدر روي عناصر غذایی و کودها جلوگیري نماید. زئولیت ها همچنین در جذب و حذف آلاینده هاي محیط زیست ازجمله فلزات سنگین و مضر از آبهاي آلوده و فاضلابهاي شهري و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. فاضلابها ممکن است حاوي کاتیونهاي عناصر سنگین مانند روي Zn2+ - - ، کادمیم - - Cd2+، مس - - Cu2+، آهن - - Fe2+ و جیوه - - Hg2+ و آنیونهاي مضر چون سیانیدها باشند که می توانند موجب زیانهاي اکولوژیکی و زیست محیطی فراوانی گردند و زئولیت ها نقش اساسی در پالایش این کاتیونها و آنیونها دارند.
مقدمه
زئولیتها، آلومینوسیلیکاتهاي معدنی کریستالی و هیدراته فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با شبکه سه بعدي هستند و به دو گروه عمده تقسیم میشوند: زئولیتهاي طبیعی مانند کلینوپتیلولیت،آنالسیم، لامونیت، فیلیپسیت، موردنیت و زئولیتهاي مصنوعی یا سنتزي مانند .W,ZSM-5,Zeolon,F,Gamma زئولیت در طبیعت ممکن است داراي منشاء ماگمایی به همراه سنگهاي آذرین بوده و یا به صورت کانی ثانویه در اثر دگرسانی تشکیل گردد.
در خصوص نحوه تشکیل کانیهاي زئولیتی چهار نظریه مطرح است - خلقی، - 1369، تشکیل زئولیتهاي ثانویه در اثر دگرسانی هیدروترمال، تشکیل زئولیت در اثر دگرگونی دفنی، تشکیل زئولیت و کانیهاي رسی در اثر عوامل هوازدگی پارهاي از خاکهاي سطحی و نیز تشکیل زئولیت و کانیهاي دیگر در اثر چرخش آب در دو سیستم باز و بسته. زئولیت ها از نظر ترکیب، پاراژنز و محل پیدایش با همدیگر همسانی چشمگیري دارند. این کانیها دربردارنده مقدار زیادي آب هستند و سختی آنها از 3/5 تا 5/5 و جرم حجمی آنها از 2 تا 2/4 گرم برسانتیمتر مکعب متغیر است.
زئولیتها بزرگترین گروه تکتوسیلیکاتها را تشکیل میدهند و 35 نوع توپولوژي مختلف در آنها شناسایی شده است که احتمالاً انواع بیشتري نیز وجود خواهد داشت. تاکنون بیش از 40 نوع زئولیت طبیعی و بیش از 150 نوع زئولیت مصنوعی شناخته یا ساخته شده است. انواع مختلف زئولیت درساختمان شبکه سه بعدي سیلیکاتهاي آبدار نوع داربستی - تکتوسیلیک - متبلور میشوند. در جدول - - 1، معروفترین زئولیتهاي طبیعی به همراه فرمول شیمیایی، سال کشف و کاربردشان آمده است.
فیلتر - غربال - مولکولی
چنانچه زئولیتها در دماي 350 تا 400 درجه سانتیگراد براي چند ساعت حرارت داده شوند، آب موجود در مجاري و فضاي کانال مانند آنها آزاد میشود و زئولیتهاي بی آب بدست میآیند. قطر فضاهاي کانال مانند، مشخص و تابع ترکیب شیمیایی زئولیتها است. قطر این فضاها در زئولیتهاي پتاسیمدار، سدیمدار و کلسیمدار به ترتیب 3، 4 و 5 آنگستروم است. موادي که ابعاد مولکولی آنها کمتر از قطر فضاي زئولیت باشد، جذب میشوند و آنهایی که بزرگتر هستند، دفع خواهند شد.
با استفاده از زئولیتها میتوان مواد هیدروکربوري را از یکدیگر جدا کرد. قابلیت جذب سطحی بعضی از زئولیتها تا 30 درصد وزن آنها است. جانشینی کلسیم به جاي سدیم به میزان 30 درصد قطر کانالهاي زئولیت را افزایش میدهد و جانشینی پتاسیم به جاي سدیم موجب کاهش قطر کانال میشود. زئولیتها میتوانند مواد سمی یا مواد با فعل و انفعال زیاد را در خود جذب کنند و به این ترتیب استفاده از مواد سمی جذب شده امکانپذیرگشته است. از زئولیتها در پلیمریزه کردن پلیمرها و لاستیکها و همچنین در چاپهاي رنگی استفاده می شود.
جذب و دفع
کانالهاي زئولیت پس از تخلیه آب، براي جذب سایر مولکولهاي کوچک آماده میشوند. این مولکولهاي کوچک، بی آنکه راهی براي مولکولهاي بزرگتر وجود داشته باشد، به سوي داخل جذب میشوند. در روند رقابت در جذب مولکولها، مولکولهاي پلاریزه که نتیجه فعل و انفعالات الکترواستاتیک، پر شدن چارچوب و یونهاي شناور است، بر سایر مولکول ها ترجیح داده میشود. اندازه حفره هاي مؤثر توسط ابعاد شبکه کنترل میشود. یک زئولیت ممکن است توسط تبادل یونی و نوع جذب تغییر کند.
ظرفیت جذب و همچنین ثبات زئولیت، با استخراج یون آلومینیوم از چارچوب آن افزایش مییابد. یون آلومینیوم خارج شده از این چارچوب جاي خود را به یونهاي هیدروژن میدهد. در نتیجه، ساختمان بدست آمده شبیه - OH - 4جایگزین شده براي SiO4 است که در هیدروگارنت شناخته شده است. یونهاي جذب شده را میتوان با افزایش فشار یا حرارت بیرون کرد یا یونهاي دیگر را جانشین آن کرد یا به آن افزود تا جایی که در اثر حرارت، تخریبی در این فعل و انفعال بوجود نیاید.
جذب آب و برخی ترکیبات آلی
قدرت جذب آب زئولیت و از دست دادن آن بدون تخریب ماتریکس میتواند سطح رطوبت را در مناطق کم رطوبت کنترل کند. با تغییر در مقدار رطوبت خاك انرژي گرمایی توده خاك نیز به مقدار قابل ملاحظهاي تغییر میکند. بنابراین نوسانات درجه حرارت در خاکهاي مرطوب به مراتب کمتر از خاکهاي خشک است. زئولیتها همچنین قادرند حملکننده بسیاري از حشرهکشها، آفتکشها و قارچکشها باشند - تایلر و کریستالوگر، . - 1930
جذب انتخابی
جذب و جانشینی یونی در زئولیتها انتخابی است. زئولیتها مولکولهایی را که داراي گشتاور قطبی دائمی باشند، در بیشتر موارد جذب میکنند. شعاع و شکل هندسی مولکول و فضاهاي خالی موجود در زئولیتها از عاملهاي مهم در جذب و جانشینی به شمار میآیند. زئولیتهاي سدیمدار میتوانند SO2, CO2, H2O و هیدروکربنهایی را که دست کم دو اتم کربن داشته باشند، جذب کنند همچنین زئولیتهاي کلسیمدار میتوانند پارافین و الکل را جذب کنند.
در ایران علیرغم وجود منابع و ذخایر عظیم این ماده معدنی، تاکنون کارهاي علمی و تحقیقاتی قابل توجهی در جهت بررسی امکان استفاده از آنها در زمینههاي مختلف فوقالذکر به عمل نیامده است. در این مقاله سعی شده است تا ضمن مرور تعدادي از کارهاي انجام شده بر روي زئولیتهاي طبیعی و مصنوعی در زمینه استفاده از آنها در جذب و حذف کاتیونهاي سنگین و مضر از فاضلابهاي شهري و صنعتی در سایر کشورها، قسمتی از کار تحقیقاتی انجام شده بر روي زئولیت طبیعی موجود در سمنان ارائه گردیده و مورد بحث قرار گیرد.
کاربرد زئولیتها درکشاورزي
بطور کلی سه عامل ساختمان شیمیایی، فراوانی و قابلیت دسترسی و نیز ارزش اقتصادي، زمینههاي کاربردي فراوانی را براي زئولیتها فراهم آورده است.
