مصارف و کاربردهای زئولیت ها

بیش از دو هزار سال است که زئولیت ها در زندگی روزمزه انسان مورد استفاده قرار می گیرد(Mumpton, 1981). در سال های اخیر به موارد کاربرد زئولیت های طبیعی اهمیت خاص داده شده است و برنامه هایی برای استفاده از زئولیت های رسوبی در بسیاری از کارهای صنعتی و کشاورزی دردست اقدام است. توف های زئولیتی آبگیری شده به عنوان جذب کننده برای خروج نیتروژن آمونیاکی از آب های آلوده خارج شده از کارخانه ها به استخرهای پرورش ماهی و فاضلاب ها به کار می رود. زئولیت ها علاوه بر اینکه به عنوان مصالح ساختمانی سبک مورد استفاده قرار می گیرند بلکه در سیمان های پوزولانی و سرامیک مصرف می شوند. علاوه بر این ها زئولیت ها در صنایع کاغذ سازی به جای کائولن(Kuzvant,1984)، در محل های کشاورزی، در دامداری و در صنعت مواد کاربرد زیادی دارد. 

الف- کنترل آلودگی :

الف – 1 – مدفون کردن یا تجزیه و تخریب زباله های رادیو اکتیو :

الف – 1 – مدفون کردن یا تجزیه و تخریب زباله های رادیو اکتیو :

الف – 2 – استخراج آمونیاک از فاضلاب ها :کلینو پتولیت زئولیتی است که برای جداسازی یون های آمونیوم از فاضلاب ها به کار می رود. کلینوپتولیت همچنین در استخراج آمونیوم از فاضلاب های کشاورزی مناسب است. اگرچه یون NH4+ برای ماهی ها و دیگر آبزیان مسمومیت زا می باشد اما در رشد سریع آلگ ها دردریاچه ها و جویبارها مفید می باشد. استخراج نیتروژن از آمونیاک به وسیله کلینو پتولیت اهمیت بسیار دارد. در این روش به جای آزاد کردن آمونیاک در اتمسفر در حین اجرای مراحل مختلف اسید سولفوریک به دستگاه اضافه گردیده، سولفات آمونیوم که به عنوان یک کود مصرف می شود تولید گردیده و نیتروژن آزاد می شود. فایده دیگر تبادل یونی کلینوپتولیت این است که این زئولیت قادر است مقتدیر کمی از فلزات سنگین موجود در فاضلاب ها را نیز در خود ذخیره نماید.

الف – 3 – تصفیه آب های آلوده حاصل از فعالیت های کشاورزی :علاوه بر آلودگی آب ها که ناشی از فعالیت های صنعتی است، بخش زیادی از آب های ایالات متحده با نیتروژن حاصل از تراوش فضولات حیوانات علفخوار و جویبار های آلوده ناشی از فرآیند تغذیه گیاهان آلوده می گردد.

در ایالات متحده سالانه 700 میلیون تن از فضولات حیوانی در هر روز تولید می شود و تجزیه آنها مشکلی بزرگ محسوب می گردد. این مسئله در محل هایی که در نزدیکی مراکز شهری قرار دارند بسیار مهم بوده و این مناطق باید از نظر آلودگی آب و هوا کنترل گردند.کلینوپتیولیت در این موارد نقش سودمند دوگانه ای را ایفا می کند. این زئولیت نه تنها اغلب نیتروزن امونیاکی را از آب های آلوده خارج می کند بلکه هاله های آمونیاکی را که حاصل تجزیه فضولات حیوانی بوده و تا کیلومتر ها از محل دور شده است را کاهش می دهد.

الف – 4 - بالابردن درجه خلوص گازهای طبیعی: مکان های دیگری که در آنها از زئولیت های طبیعی برای کنترل آلودگی ها استفاده می کنند مراکز صنعتی ای است که در آنها نفت و ذغالسنگ را برای سوخت و حرارت به کار می برند. در این مراکزSO2 و دیگر گازهای آلوده کننده مشابه تولید می شود.بسیاری از سازمان های کنترل الودگی هوا، مقدار  SO2 موجود در کل گازها را حدود 1000 ppmمی دانند.چندین فرآیند در این امر دخالت دارند : غلظت نسبتأ کم در چنین حالت هایی باعث شده است تا از زئولیت ها برای جذب این گاز مانند SO2 و NOx و هیدروکربورهای مختلف استفاده گردد. موردنیت و کلینوپتیولیت قادرند که بیش از 200 میکروگرم SO2 را در هر گرم از زئولیت تحت شرایط استاتیک و بیش از 40 میلی گرم در شرایط دینامیک جذب نماید. مطالعات اخیر نشسان می دهد که یک نمونه از ناترولیت های منطقه هجین بردسیر کرمان جاذب بسیار مناسبی برای گازهایN2,NH3,H2O و ... می باشند(فقیهان و همکاران، 1375).

الف – 5 – جذب نفت و رفع آلودگی : یکی از استفاده های اصلی زئولیت ها کنترل آلودگی، جدا کردن نفت از محیط های آلوده شده است. تجربیات نشان داده که مخلوطی از زئولیت، پرلیت، کربنات سدیم، اسید تارتاریک و یک محلول آلی که مجموعأ وزن مخصوصی حدود 5/0 گرم بر سانتی متر مکعب دارد قادر است به دلیل سبکی بیش از 200 ساعت بروی آب شناور بماند و نفت را از سطح آب جذب و جمع آوری نماید.

الف – 6 – تولید اکسیژن : آلودگی های آب و هوا به دلیل حضور ترکیبات یا ذرات مختلفی است که در آن وارد شده و با اکسیژن آب ترکیب می شود. کاهش اکسیژن در دریاچه ها و جویبارها، سبب مرگ و میر ماهیان و گیاهان میشود. در یک اتاق بسته کاهش اکسیژن جدی ترین خطر برای حیات انسان است. از خاصیت جذب زئولیت برای تولید اکسیژن نیز استفاده می شود. مطالعات تجربی نشان می دهد که گاز نیتروژن به وسیله زئولیت از هوا جذب شده و بیش از% 95 اکسیژن خالط تولید می شود.

ب – کابرد در زمینه انرژی :

ب – 1 –  تبدیل زغالسنگ به گاز طبیعی : زئولیت های طبیعی گروهی از مواد هستند که برای توسعه منابع انرژی جدید یا نگهداری آنها مورد استفاده قرار می گیرد. زئولیت ها علاوه بر قابلیت انتقال SO2 از منابع آلوده کننده می توانند زغالسنگ های غنی از گوگرد را در تولید نیروی الکتریکی به کار برند. در معادن زغالسنگ ، ورود پر فشار هوا باعث تولید مقادیر زیادی اکسید های نیتروژن و هیدروکربورها می گردد که بسیار خطرناک است. به نظر می رشد استفاده از هوای غنی از اکسیژن که به وسیله زئولیت ها تولید شده ارجح است.

ب – 2 – خالص سازی گاز های طبیعی : فرآیند جذب در زئولیت ها سبب شده تا بتوان مقادیری از CO2 و H2O و حتی موجود در گازها را گرفته و گازهای طبیعی را به صورت خالص تر مورد استفاده قرار داد. اهمیت زئولیت ها در خالص سازی گازهای طبیعی از سال 1968 تاکنون سبب شده است تا مراکز صنعتی زیادی برای خالص سازی گازها از زئولیت به خصوص شابازیت و موردنیت را به کار برند.

ب – 3 – بهره گیری از انرژی خورشیدی : یکی دیگر از کاربرد های زئولیت های طبیعی استفاده از آنها در صنایع سرد کننده می باشد. در سیستم های خنک کننده کنونی از قابلیت انحلال یک گاز در مایع مثلأ آمونیاک در آب یا بخار آب در برومید لیتیوم استفاده می کنند اما این مواد به دلیل پائین بودن درجه حرارت انرژی خورشیدی و قابلیت انحلال کم آن کافی نیستند. به همین دلیل زئولیت ها یک موقعیت مناسب برای سیستم جامد – گاز فراهم می کنند. چنین سیستم های خنک کننده ارزان برای خنک کردن مکان های تجاری به کار می روند. برای این کار معمولأ از زئولیت هایی مانند موردنیت که گرمای جذب کمتری دارند استفاده می شود. برای خنک کردن یک تن هوا، لازم است یک تن زئولیت در سطحی به وسعت 200 فوت مربع گسترده شود. برای یک خانه 5/3 تن هوای تنفسی کمتر از نیمی از سقف باید به وسیله زئولیت پوشیده شود.

ب – 4 – خالص سازی محصولات نفتی : زئولیت های طبیعی به ویژه موردنیت ، شابازیت و کلینوپتیلولیت   می توانند در خالص سازی محصولات نفتی نقشی موثر داشته باشند. گازهای مضر عمومأ دی اکسید کربن و هیدروکربورهای گازی است که به وسیله زئولیت ها جذب می گردد.

ج – کشاورزی :

ج – 1 – کود های شیمیایی و اصلاح خاک :تاثیر توف های کلینوپتیولیتی در اصلاح خاک ها در چندین مزرعه در ایتالیا مورد بررسی قرار گرفته است. اضافه شدن پودر کلینوپتیولیت به مزارع شخم زده شده و شلتوک کاری شده رشد محصولات و ثمر دادن انها را اصلاح می کند. به نظر می رسد این تاثیرات ناشی از جذب و نگهداری ظرفیت برای یون های آمونیوم، نیتروژن و پتاسیم است که نتیجه ان نگهداری آب در خاک و جلوگیری از پوسیده شدن ریشه گیاهان است(Torii, 1978).

ج – 2 – تغذیه حیوانات : زئولیت ها به عنوان خوراک چهارپایان اهلی مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی که توف های زئولیت دار به غذای طیور، خوک ها و گاو ها اضافه می شود تاثیرات زیر را به دنبال دارد.

-جلوگیری از بروز بیماری های گوارشی

-افزایش سرعت رشد در حیوانات

-کاهش مقدار غذای مصرفی حیوانات

-از بین بردن بوی بد فضولات حیوانات

-جلوگیری از پوسیدگی علوفه در انبار

 بررسی تاثیر زئولیت در خوراک بچه خوک ها مشخص نموده که وقتی توف های کلینوپتیلولیتی در غذای خوک باشد این حیوانات 21 تنا 35 روز بعد از تولد دچار اسهال گردیده و رشد آنها متوقف می شود. اما در هنگامی که %5 توف کلینوپتیولیت دار به غذای خوک های مادر اضافهشود، سرعت رشد بچه خوک ها افزایش می یابد(Torii, 1978). طبق جدید ترین تحقیقات ، زئولیت ها به عنوان ماده موثر در خنثی سازی اثرات سوء افلاتوکسین در تغذیه طیور کاربرد زیادی دارد(فولادی، آفتابی، 1377).

ج – 3 – حشره کش، قارچ کش و علف کش ها : زئولیت های طبیعی نیز مانند زئولیت های مصنوعی به دلیل تبادل کاتیونی و قدرت جذب و نگهداری یون ها به عنوان حشره کش، قارچ کش و علف کش مورد استفاده قرار می گیرد. در این مورد کلینوپتیولیت به دلیل قدرت تبادل یونی بالا و قدرت نگهداری و جذب یون ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

ج – 4 – جذب فلزات سنگین : خواص ویژه تبادل یونی زئولیت ها نه تنها سبب انتقال یون ها به خاک می گردد، بلکه می تواند در نگهداری یون ها در خاک و اضافه کردن آنها به زنجیره غذایی کمک نماید. به صورتی که زئولیت ها به طور موثری سبب کاهش انتقال فلزات سنگین از قبیل و و و از خاک به گیاه می شود. زیرا تجمع این فلزات سنگین ممکن است باعث کاهش رشد گیاه و مسمومیت آن شود و متعاقب آن مسمومیت حیوان و انسان را در پی داشته باشد. به همین دلیل اضافه کردن کلینوپتیلولیت به خاک سبب کاهش مسمومیت و رشد بیشتر گیاهان می گردد.

ج – 5 – پرورش آبزیان : از آنجا که استفاده از خوراک های دریایی روز به روز در حال افزایش بوده و آبزیان در برنامه غذایی انسان ها جایگاه ویژه ای یافته اند، استفاده از روش هایی که منجر به بالا بردن کیفیت و کمیت گوشت آن گردد، مقرون به صرفه خواهد بود. یکی از این روش ها استفاده از زئولیت ها به صورتی که کلینوپتیلولیت  باعث خروج یون های آمونیوم از محیط زندگی آبزیان می گردد. آمونیوم یکی از مسمومیت زا ترین یون هایی است که غلظت کم آن (چند گرم در تن) در محیط های آبی خطرناک می باشد. علاوه بر آن موردنیت های طبیعی می توانند اکسیژن مورد نیاز زندگی ماهی ها را فراهم نمایند. مطالعات دیگر نشان می دهد که زئولیت ها می توانند به عنوان خوراک ماهی ها نیز مورد استفاده قرار گیرند.

د – معدنکاری و متالورژی :

د – 1 – کارهای اکتشافی : مطالعات اخیر نشان می دهد که زئولیت های موجود در توف های دگرسان شده تنها شرایط تشکیل کانسارها نشان نمی دهند بلکه به عنوان ابزاری اکتشافی به کار می روند. مثلأ در ژاپن مشاهده گردیده است که هاله های غنی از آنالیسم در اطراف معادن سولفیدی تیپ کوروکو ضخیم تر می باشند.

ضخامت دگرسانی آنالیسم در سنگ های توفی دریایی که تحت تاثیر دیاژنز فنی قرار گرفته اند کلیدی است تا واقعیت توده های معدنی عمیق را دریافت. همچنین در ژاپن اورانیوم در زئولیت های نوع هولاندیت- کلینوپتیلولیت موجود در ماسه سنگ های توفی وجود دارد. اورانیوم کلیپتیولیت موجود در ماسه سنگ های توفی وجود دارد. اورانیوم اکسید شده در آب های زیر زمینی جذب زئولیت ها شده و در بعضی قسمت های این سنگ ها % 9 اورانیوم وجود دارد. مطالعات مزبور مشخص می نماید که زئولیت های طبیعی می توانند برای خروج و تغلیظ اورانیوم و یون های دیگر  در معدن مس و اورانیوم مورد استفاده قرار گیرند.

د – 2 – متالورژی : ویژگی تبادل یونی بسیاری از زئولیت های طبیعی برای تغلیظ فلزات سنگین از آب های سطحی به کار می رود. مشخص گردیده است که موردنیت  و کلینوپتیلولیت با تبادل کاتیونی سدیم تقریبأ همه Cd2+ را از محلول های با غلظت PPM 10 جدا می نماید. همچنین شابازیت  قادر است بیشتر از 90 درصد  Cd2+ و Pb2+ را از محلول های 001/0 مولار جدا نماید. استخراج یون ها توسط کلینوپتیلولیت به صورت  Na< Cu  و  Cd
ه – کاربرد های متفرقه :

ه – 1 – تولید کاغذ : زئولیت بسیار شفاف در صنایع کاغذ سازی به عنوان پرکننده کاغذ مورد استفاده قرار می گیرند. مطالعات نشان داده است که کاغذ های پرشده بوسیله کلینوپتیلولیت نسبت به کاغذ هایی که با رس پر شده اند مات تر، برش خورتر و غیر حساس تر نسبت به جوهر هستند. در این کاغذ ها % 28 زئولیت به کار می رود. در ضمن این کاغذ ها وزن مخصوص کمتری(g/cc %68) نسبت به کاغذ های معمولی دارند. ویژگی اساسی جذب آب در ژئولیت ها سبب می شود که کاغذ های تهیه شده با زئولیت نسبت به رطوبت %95 حساس تر باشند.

ه – 2 – کابرد های ساختمانی : زئولیت های طبیعی مانند پرلیت ها و شیشه های آتشفشانی دیگر می توانند در سیمان هایی که برای ساختن ساختمان های بلند به کار می رود مورد استفاده قرار گیرند. زیرا زئولیت های طبیعی به ویژه کلینوپتیولیت اگر تحت تاثیر حرارت قرار گیرد چگالی کمتر از gr/cc 8/0 و تخلخلی 65 درصدی خواهد داشت و سبب سبکی سیمان ها خواهد شد (Mumpton, 1981 ).
ه – 3 – کابرد های پزشکی : کلینوپتیولیت به عنوان عامل جلادهنده در خمیر دندان مورد استفاده قرار می گیرد. وجود این زئولیت سبب می شود که یون های فلوراید بیشتری به صورت یونی باقی بماند. دانشمندان توانسته اند نیتروژن آمونیاکی را از مایعات همودیالایز در سیستم چرخشی دیلیز به وسیله فیلیپسیت جدا نمایند(1981, Mumpton).

مرجع: http://treatmentprocesses.blogfa.com/post-1880.aspx