بخشی از مقاله
چکیده
زئولیت یک ماده معدنیاست که عمدتاً از آلومینوسیلیکات تشکیل شده است. از ویژگی های زئولیت ها میتوان تبادلات کاتیونی، خاصیت جذب انتخابی، دارا بودن قابلیت برگشت پذیر جذب و دفع آب، بدون تغییر در ساختمان مولکولی آن ها را نام برد ؛ که این ها باعث شده زئولیت را به عنوان ماده جادویی نام گذاری کنند. . در این مقاله کاربرد غشاهای زئولیتی را در جداسازی، جذب و حذف فلزات سنگین و نیمه سنگین از محیط زیست، کاهش سختی آب، حذف آلاینده های نفتی، فیلتر مولکولی، کنترل آلودگی و تصفیه گاز را بررسی می کنیم.
-1 مقدمه
امروزه فرایند جداسازی بر پایه غشا بسیار گسترش یافته و در صورت استفاده از آن در پتروشیمی صنایع غذایی و داروسازی، در بیوتکنولوژی ودر کاربرد های محیطی مختلف شامل تصفیه جریان های هوا وآب آلوده رو به افزایش است. مهمترین مزایای مستقیم فرایند جداسازی غشا نسبت به همتاهای متداول ذخیره انرژی و کاهش سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز میباشد که در این بین هدف ما تشریح غشا های زئولیتی است
زئولیت ها آلومینوسیلیکاتهای معدنی کریستالی و هیدراته فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با شبکه سه بعدی هستند. کشف خواصی از زئولیت مانند دهیتراسیون بدون تخریب ساختمان کریستالی زئولیت ها، عبور نکردن برخی مایعات مانند بنزین، الکل، کلروفرم و جیوه از زئولیت های دهیتراته، جذب سطحی گازهای هیدروژن، آمونیاک، سولفید هیدروژن و هوا روی شابازیت و جدب سطحی مولکول های آلی کوچک و دفع مواد آلی بزرگتر توسط زئولیت های دهیتراته محققان را به سوی این علم جذب نمود.
بطور کلی سه عامل مهم ساختمان، بافت، ترکیب شیمیایی و نیز ارزش اقتصادی زئولیتهای طبیعی و فرمهای اصلاح شده ، آنها را منابع بالقوه ای در زمینه های 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 کشاورزی به عنوان حاصلخیز کننده و افزاینده رطوبت خاک، تصفیه آب و پاکسازی فاضلابهای شهری، صنعتی و هسته ای از آلاینده های مضری نظیر فلزات سنگین و سمی، جذب و واجذب گازها و نظایر آن.کاربرد تجاری عمده آن در صنایع به عنوان جاذب سطحی است. زئولیت برای جداسازی یونهای منیزیم و کلسیم در پاک کننده ها، کود و خاک، غذای حیوانات و نیز برای جداسازی نیتروژن به صورت آمونیاک و فلزات سنگین در کشاورزی آبی، غذای حیوانات خانگی، فاضلاب کشاورزی و جداسازی NH3، H2S، SO2، CO2 از فضولات جانوری، گازهای زائد، گاز طبیعی شور و آلوده به کار می رود.
-2 معرفی زئولیت
زئولیت در سال 1756 توسط کانی شناس سوئدی اکسل فردریک کرونستد کشف شد که شامل بلورهای خاصی که در زیر شکاف صخره ها تشکیل شده بود می باشد او مشاهده نمود هنگام گرما دادن به این بلورها، مقدار زیادی آب به صورت بخار از آن خارج می شود. نام زئولیت از ترکیب دو واژه یونانی - zéo - ، به معنی "جوش" و - lithos - ، به معنای "سنگ" تشکیل شده است این بلورها، زئولیت - سنگ جوشان - نامیده شدند.
زئولیت ها دسته بزرگی از سیلیکاتهای آبدار هستند که از نظر ترکیب شیمیایی، همجواری و نحوه پیدایش شباهت های نزدیکی به یکدیگر دارند. ساختمان آن ها که از نوع داربستی است حفره هایی در میان چهارچوبه ها دارد که در آن ها یون های Na , Ca و مقادیر بسیار متغیری آب جای میگیرد، تشکیل دهنده یک شبکه سه بعدی بی پایان از چهاروجهی های Sio4 و Alo4 میباشد که به وسیله اکسیژن هایشان به هم متصل شده اند و به وسیله کاتیون ها و مولکول های آبی پر شده اند، کاتیون ها معمولا امکان تعویض با سایر کاتیون ها را داشته و پیوند آبدار در آن ها بسیار سست است بطوری که در دمای پایین آب خود را از دست می دهند آب بطور پیوسته و برگشت پذیر قابلیت خروج از شبکه را دارد
زئولیت ها را به دو گروه زئولیت های طبیعی و مصنوعی می توان تقسیم بندی نمود:
-1-2 زئولیت های طبیعی
تا کنون بیش از 57 نوع زئولیت طبیعی شناسایی شده است و فقط تعداد کمی از آن ها دارای معادن قابل استخراج بزرگ هستند. هفت نوع از آن ها با نام های کلینوپتیلولایت، مردنیت، فلیپسیت، شابازیت، استیلبیت، آنالیسم، لامونیت به مقدار قابل توجهی موجودند که به عنوان ذخایر معدنی فراوان و مناسب بهره برداری مطرح می شوند.کلینوپتیلولیت فراوان ترین زئولیتی است که به طور عمده در معادن رسوبی قابل استخراج بزرگ و با خلوص تقریبا بالا در بسیاری از مناطق جهان وجود دارد. دو نوع زئولیت طبیعی با ارزش کلینوپتیلولیت - HEU - و موردینیت - MOR - برای تعویض یونی رادیواکتیو، کاربرد های کشاورزی و جاذب استفاده می شوند.
زئولیت ها از ته نشین شدن جریانات خاکستر آتشفشانی در بستر دریاها و دریاچه ها تشکیل شده اند. این مواد در منافذ سنگ های بازیک مانند بازالت ها و نیز سیلیکات ها در سنگ های رسوبی، توف های آتشفشانی در حوضه های دریاچه ای آب شور، توف های بستر دریایی و محیط های دگرگونی تدفینی یافت می شوند.
زئولیت در طبیعت ممکن است دارای منشاء ماگمایی به همراه سنگهای آذرین بوده و یا به صورت کانی ثانویه در اثر دگرسانی تشکیل گردد. اکثر زئولیت های طبیعی شناخته شده دارای نسبت کم Si/Al می باشند. با توجه به قابلیت تبادل یونی و جذب سطحی، زئولیت ها به صورت گسترده ای برای کاربرد هایی مانند تصفیه ی محیطی به روش جداسازی، پیوند و تثبیت شیمیایی مواد خطرناک معدنی - مانند PO34+ و NH4+ و فلزات سنگین - ، آلی - مانند بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلین - و گونه های رادیواکتیو - مانند 90 Sr و - 137Cs موجود در خاک و سیستم های آبی استفاده می شوند.
دلیل عمده گرایش به زئولیت طبیعی قیمت پایین و فراوانی آن می باشد و نیز انحصاری نبودن ذخایر آن، استفاده از این کانی در صنایع مختلف به سرعت رو به افزایش است؛ زئولیت های طبیعی به وفور در سنگ های آتشفشانی یافت می شوند اما به دلیل نبودن روش های اقتصادی جهت استخراج آن ها تولیدشان بسیار اندک بوده و از این رو شیمیدانان به سمت تولید نمونه های ترکیبی و مصنوعی روی آوردند.
-2-2 زئولیت های مصنوعی
حدود 100 نوع زئولیت مصنوعی شناسایی شده است زئولیت های مصنوعی در مقایسه با زئولیت طبیعی از خلوص بالایی برخوردار بوده و دارای دامنه ی کاربرد وسیع تری می باشند. از مهم ترین و پر کاربرد ترین زئولیت های مصنوعی می توان به CHA ، MFI، MEL، FER ، MOR، FAU، LTA، DDR و AFI اشاره نمود، که زئولیت MFI بدلیل اهمیت کاربرد صنعتیش در بخش زیر توضیح داده می شود
