باید ابتدا گفت که انواع سنتتیک این کانی بسیار زیاد است. و تنوع زیادی از این ماده معدنی وجود دارد که حاصل فرآیند کریستالیزاسیون ژل سیلیکا-آلومینا در سرعت پایین می باشد. از نظر تئوری نیز تعداد بسیاری از این ساختارها را می توان ساخت. بدین ترتیب علاوه بر تغییرات در ساختار، می توان آن ها را با انواع اتم های دیگر نیز تولید کرد تا به لحاظ شیمیایی فعال باشند.
در ادامه با شرکت فتح البرز دامغان همراه باشید تا سوال زئولیت مصنوعی چیست؟ پاسخ دهیم.
برخی از نمونه های ترکیبی آنها که اصطلاحا هترواتم نام دارند عبارتند از:
- ژرمانیوم
- آهن
- گالیم
- بر
- روی
- قلع
- تیتانیوم
زئولیت مصنوعی
قابل ذکر است که زئولیت درصنایع معمولا به صورت سنتتیک (ساختگی) تولید می شوند. روش های معمول برای تولید آنها شامل گرم کردن محلول‌های آبی آلومینا alumina و سیلیس همراه با محلول سود پرک است. سدیم آلومینات و سدیم سیلیکات نیز بعنوان معرف های معادل آن استفاده می شوند.
این ماده معدنی در فرم سنتتیک مزایای ویژه و بخصوصی نسبت به آنالوگ های طبیعی خود دارد. که می توان به حالت یکنواخت و فاز خالص تولید شده آن نیز اشاره نمود. همچنین می توان ساختارهایی تولید کرد که در طبیعت تولید نمی شوند. همچنین بد نیست که کاربرد های زئولیت در صنایع مختلف را نیز بدانید.
گفتنی است که Zeolite A یک نمونه کاملا شناخته شده می باشد. از آنجایی که مواد خام اصلی مورد استفاده به منظور تولید زیولیت، آلومینا و سیلیس (از متداول ترین کانی ها) هستند، پتانسیل سنتز آنها تقریبا قوی و نامحدود است.
گفتنی است که از ده‌ها زئولیت مصنوعی (حدود 150 مورد) برای اهداف خاص طراحی شده‌اند. که شناخته‌شده‌ترین آن ها زئولیت A (که معمولاً به عنوان شوینده لباس‌شویی استفاده می‌شود)، زئولیت X و Y (دو نوع مختلف فوجازیت که برای ترک‌های کاتالیستی استفاده می‌شوند) هستند. و کاتالیزور نفتی ZSM-5 (نام تجاری پنتاسیل-زئولیت)
قابل ذکر است که تولید زئولیت به صورت مصنوعی هزینه هایی در بر دارد. اما یکی از مزیت های برتر آن این است که درصد ناخالصی آن را می توان به هر میزانی که نیاز است کاهش داد و برای انواع موارد، مورد استفاده قرار داد.
تصویر بالا کریستال‌های زئولیت مصنوعی رشد کرده در CAMMP (مرکز پردازش مواد میکروگرانشی پیشرفته)، که یک مرکز مشارکت تحقیقاتی تحت حمایت ناسا می باشد را نشان می دهد.
ذراتی که در سمت راست قرار دارند حدود 10 برابر بزرگتر (25μm) و از سمت چپ (2.5μm) هستند. در ادامه مقاله (زئولیت مصنوعی چیست؟) شما را با روش های تولید زئولیت مصنوعی اشنا می کنیم.
(عکس از دکتر آلبرت ساکو و مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا)
روش تولید زئولیت مصنوعی
تولید این ماده به صورت مصنوعی به دو روش جامد و مایع امکان پذیر است؛ به این صورت که واکنش های شیمیایی با دمای بالای 300 درجه سانتی گراد انجام می پذیرد.
سنتز این ماده در حالت مایع با روشی به نام هیدروترمال از ارزان ترین روش ها محسوب می گردد. قابل ذکر است که واکنش پذیری و تولید این ماده در دمای بالا توسط راکتور اتوکلاو به انجام می رسد.
همچنین در رابطه با پوکه معدنی نیز نوشتاری‌را در دسترس قرار داده‌ام که شاید برایتان جالب باشد.
درنهایت محصول به دست آمده پس از چندین مرحله تصفیه، فیلتر شده و خشک می گردد. ماده به دست آمده به شکل جامد است که زئولیت می باشد.
معایب روش مصنوعی
گفتنی است که این روش دارای معایب زیر نیز می باشد:
- مصرف زیاد آب
- زمان طولانی برای تولید آن
البته روش های دیگری مانند روش غیر آبی، روش تابش امواج مایکروویو، روش سل-ژل و اولتراسوند وجود دارد که هر کداماز آنها هم دارای مزایا و معایبی نیز می باشند.
چرا از زئوليت هاي مصنوعي بجای زئولیت طبیعی استفاده می شود؟
در پاسخ به این پرسش باید بگوییم که به دليل كمبود ذخاير زئوليت طبيعي، تاكنون محققان كوشش هاي وسيعي در جهت جايگزيني گونه هاي سنتزي به جاي موارد طبیعی آن انجام داده اند .در حال حاضر بيش از 150 نوع زئوليت سنتزي یافت شده است.
كه بيشتر آن ها معادل طبيعي ندارند. گفتنی است که براي خیلی از زئوليت های
طبيعي نیز هم ارز مصنوعي آن ساخته نشده است. در جدول زیر نمونه های مهمی از زئوليت ها ي سنتزي نیز نشان داده شده است. همچنین قبل‌تر راجب مصرف زئولیت در پرورش آبزیان توضیحاتی را برایتان ارائه داده‌ایم.
برخي از مهم ترين زئوليت هاي سنتزي شامل زئوليت ها A،X،Y و زئولون (ساخته شده از موردنيت ) و نيز زئوليت هاي سنتزي با سيليس بالا همانند ZSM-5 و ZSM-11 مي باشند. امروزه زئوليت هاي با خلوص بالاي سيليس با ساختمان
مصارف متعدد اين زئوليت ها محققان را وادار به سنتز گونه هاي جديدتر نموده است.
کلام آخر
در آخر یکی از اصلی ترین کاربردهای زئولیت که پیشتر در این مقاله (زئولیت مصنوعی چیست؟) بدان اشاره شد. در صنعت تصفیه فاضلاب می باشد. علاوه براین، این کانی در کشاورزی، تصفیه آب استخر شنا و همچنین کاربرد زئولیت در دام و طیور مورد استفاده قرار می گیرد.
سوالات متداول
زئولیت طبیعی بهتر است یا مصنوعی؟
زئولیت مصنوعی ماده‌ای است که در آزمایشگاه ساخته می‌شود و ساختار کریستالی مشابه زئولیت‌های طبیعی دارد. این ماده دارای حفره‌ها و کانال‌های ریزی است که به آن خواص جذبی و تبادلی یون بسیار خوبی می‌دهد. زئولیت‌های مصنوعی به دلیل کنترل بهتر بر روی خواص آنها، کاربردهای گسترده‌تری نسبت به نوع طبیعی خود دارند.
به عبارت ساده‌تر، زئولیت مصنوعی یک ماده مهندسی شده است که خواص آن برای کاربردهای خاص بهینه شده است.
زئولیت مصنوعی چگونه ساخته می‌شود؟
ساخت زئولیت مصنوعی یک فرآیند پیچیده است که شامل چندین مرحله است. به طور کلی، این فرآیند شامل مراحل زیر است:
- تهیه مواد اولیه: مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت زئولیت مصنوعی معمولاً شامل منابع سیلیس (مانند سیلیکات سدیم) و آلومینیوم (مانند آلومینات سدیم) است. همچنین، از مواد قلیایی مانند سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسید برای تنظیم pH محلول استفاده می‌شود.
- مخلوط کردن مواد اولیه: مواد اولیه به نسبت‌های مشخصی با یکدیگر مخلوط می‌شوند. این نسبت‌ها به نوع زئولیتی که قرار است تولید شود بستگی دارد.
- هیدروترمال: مخلوط حاصل در یک ظرف تحت فشار و دمای بالا قرار می‌گیرد. این فرآیند هیدروترمال باعث می‌شود که مواد اولیه با یکدیگر واکنش داده و ساختار کریستالی زئولیت تشکیل شود.
- شستشو و خشک کردن: پس از تشکیل کریستال‌های زئولیت، محصول حاصل شسته شده و خشک می‌شود تا ناخالصی‌ها از آن جدا شود.
- کلسیناسیون (در صورت نیاز): در برخی موارد، برای بهبود خواص زئولیت، آن را تحت فرآیند کلسیناسیون قرار می‌دهند. در این فرآیند، زئولیت در دمای بالا گرم می‌شود تا آب و سایر مواد فرار از آن خارج شود.
عوامل موثر بر ساخت زئولیت مصنوعی:
- نوع و نسبت مواد اولیه: نوع و نسبت مواد اولیه به طور مستقیم بر نوع زئولیت و خواص آن تأثیر می‌گذارد.
- شرایط هیدروترمال: دما، فشار و زمان واکنش در فرآیند هیدروترمال بر اندازه و شکل کریستال‌های زئولیت تأثیرگذار است.
- pH محلول: pH محلول نیز بر تشکیل و رشد کریستال‌های زئولیت تأثیر می‌گذارد.
- کاتالیزورها: در برخی موارد، از کاتالیزورها برای تسریع فرآیند تشکیل زئولیت استفاده می‌شود.
