Se sintetizaron más de 150 clases diferentes y se conocen 60 tipos de zeolitas naturales. Estos minerales naturales se resumen mineralógicamente bajo el término grupo zeolita.
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Usos de la Zeolita
Existen muchas utilidades de la zeolita en la actualidad, rápidamente podemos mencionar los siguientes rubros:
- Acuicultura
-Es utilizado como medio de filtración del amonio, las incubadoras de los peces y como biofiltro.
- Agricultura
-Sirve como agente para el control del mal olor producido por la actividad agrícola.
-Es usado como una adición en alimentación para el ganado.
- Horticultura
-Utilizado ampliamente en los viveros e invernaderos, al igual que para el desarrollo de la Floricultura.
-Aditivo en el sustrato para los arbustos, los arboles y la hierba de césped.
-Usado para la revegetacion y la selvicultura.
-En la hidroponia es usado como medio de crecimiento.
- Productos domésticos
-Control del olor de animales domésticos y los originados por la humedad del ambiente.
- Productos industriales
-Utilizado como absorbente para aceites y elementos grasos.
-Usado para la separaciones de gases gracias a sus propiedades.
- Residuos radioactivos
-Usado para purificar aguas contaminadas con desechos radiactivos y metales pesados.
- Tratamiento del agua
-Tiene aplicaciones de filtración de aguas de metales pesados y otros agentes contaminantes.
-Ampliamente usado para el mantenimiento de piscinas.
- Tratamiento de aguas residuales
-Usado para la filtración de amonio en lodos y aguas residuales.
Mira este breve vídeo sobre sus aplicaciones
Aplicaciones de la zeolita
Estos minerales tienen muchas aplicaciones que incluyen intercambiadores de iones como el ablandamiento del agua, absorbente de nitrógeno para la recuperación de oxígeno por adsorción por cambio de presión, sustituto de EDTA, tamiz molecular, desecante en lavavajillas o en barril de cerveza autoenfriable.
La mayor aplicación es el ablandamiento de agua en detergentes.
Pertenecen a los catalizadores más importantes de la industria química y se instalan en calentadores de almacenamiento de calor.
Las aplicaciones utilizan dos propiedades de las zeolitas:
Intercambio de iones, esa es la capacidad de estas piedras para intercambiar sus cationes libres por otros.
Otra aplicación interesante es la eliminación de metales pesados (incluso radiactivos) de las aguas residuales.
Algunos tipos muestran una fuerte afinidad con ciertos iones (por ejemplo, con cesio y estroncio), la zeolita HEU fue utilizada por BNFL (British Nuclear Fuels), entre otros, para eliminar el cesio radioactivo de las aguas residuales radioactivas y para intercambiarlo con cationes de sodio.
Durante el desastre nuclear de Fukushima se intentaba unir, por medio de este mineral, isótopos radiactivos de cesio y estroncio de la descarga al agua residual contaminada del mar.
Gracias a la capacidad de adsorción, es decir, la incorporación de compuestos neutros en los microporos de la estructura cristalina, se utilizan como almacenamiento de energía, como el barril de cerveza de enfriamiento automático.
Actúa como un catalizador ácido, por ejemplo en la industria es usado como un catalizador heterogéneo para el craqueo catalítico de hidrocarburos.
Del mismo modo, a menudo se utilizan como catalizadores bifuncionales con otro componente de metal juntos para diversas reacciones.
Debido a su gran superficie interna, pueden usarse como sorbentes además del carbón activado en las bombas de sorción.
En la actualidad se pueden sintetizar a nanoescala, es decir, materiales de zeolita con diámetros de partículas por debajo de 100 nanómetros, que se distinguen de las convencionales por sus propiedades de transporte significativamente mejoradas.
Estas propiedades mejoradas son de gran importancia en los procesos de catálisis y adsorción en los que se utilizan estos minerales.
En 2000, se lanzó al mercado un suplemento alimenticio a base de zeolita molida.
Aunque no existe una aprobación o solicitud para un producto medicinal, afirma tener una actividad presunta contra todo tipo de enfermedades como el cáncer, la esquizofrenia o las infecciones.
Ahora hay varios proveedores que ofrecen zeolita en polvo como suplemento dietético. Entre otras cosas, se reivindica un efecto desintoxicante No existe evidencia de ninguna de estas alegaciones.
También se han utilizado durante algún tiempo en la producción de asfalto a baja temperatura.
Para detener el sangrado, se han usado durante algún tiempo en compresas para heridas o esponjas para ayudar en la coagulación de la sangre.
El uso como almacenamiento de calor móvil se está investigando actualmente en una planta piloto en Hamm.
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Composición química de la Zeolita
La composición química del grupo de sustancias zeolitas es:
Mn + x / n [(AlO2) -x (SiO2) y]. z H2O
El factor n es la carga del catión M y suele ser 1 o 2. M es típicamente un catión de un metal alcalino o alcalinotérreo.
Estos cationes son necesarios para el equilibrio de carga eléctrica de los tetraedros de aluminio con carga negativa y no se incorporan a la red principal del cristal, pero permanecen en las cavidades de la red, y por lo tanto también son fácilmente movibles dentro de la red y también son intercambiables después.
El factor z indica cuántas moléculas de agua fueron absorbidas por el cristal.
Pueden absorber agua y otras sustancias de bajo peso molecular y liberarlas nuevamente al calentarlas sin destruir su estructura cristalina.
La relación molar de SiO 2 a AlO 2 o y / x en la fórmula empírica se conoce como módulo. No puede volverse más pequeño que 1 según la regla de Löwenstein.
Ejemplos de zeolitas sintéticas
Composición de zeolita de la célula unitaria.
Zeolita A – Na12 [(AlO2) 12 (SiO2) 12] x 27 H2O
Zeolita X – Na86 [(AlO2) 86 (SiO2) 106] x 264 H2O
Zeolita Y – Na56 [(AlO2) 56 (SiO2) 136] x 250 H2O
Zeolita L – K9 [(AlO2) 9 (SiO2) 27] x 22 H2O
Mordenita – Na8.7 [(AlO2) 8.7 (SiO2) 39.3] x 24 H2O
ZSM 5 – Na0.3H3.8 [(AlO2) 4.1 (SiO2) 91.9]
ZSM 11 – Na0.1H1.7 [(AlO2) 1.8 (SiO2) 94.2]
▷ Estructura de la Zeolita
La zeolita natural consiste en una estructura microporosa de tetraedros de AlO4 y SiO4. Los átomos de aluminio y silicio están interconectados por átomos de oxígeno.
Dependiendo del tipo de estructura, esto da como resultado una estructura de poros y / o canales uniformes en los que las sustancias pueden ser adsorbidas.
En la naturaleza, el agua suele ser adsorbida allí, que puede eliminarse calentando los poros, sin cambiar la estructura de la zeolita.
Las zeolitas se pueden usar como tamices, ya que solo adsorben moléculas en los poros, que tienen un diámetro cinético más pequeño que las aberturas de poros de la estructura de zeolita.
Por lo tanto también caen en el grupo de tamices moleculares.
Las zeolitas tienen una disposición regular de cavidades y canales. Dependiendo del tamaño del poro se habla de micro o mesoporos.
Tales materiales tienen una superficie interna extremadamente grande, a veces más de 1.000 metros cuadrados por gramo.
Esto los hace adecuados para una variedad de aplicaciones técnicas, como catalizadores para numerosos procesos de la industria química, como materiales para la separación de sustancias químicas o como suavizante de agua en detergentes.
Por medio de átomos de aluminio trivalentes, a los que se pueden asignar formalmente dos partículas de oxígeno divalentes, el mineral zeolita tiene una carga estructural aniónica.
Por lo tanto, los cationes están presentes en las superficies internas y externas de las zeolitas que contienen aluminio.
En la zeolita hidratada, estos cationes a menudo están presentes en forma disuelta en los sistemas de canales de las zeolitas, por lo que son relativamente fáciles de acceder y, por lo tanto, intercambiables. Los cationes comunes son Na +, K +, Ca2 + y Mg2 +.
Las zeolitas sintéticas se preparan a partir de soluciones acuosas de silicio y aluminio altamente alcalinas.
Los materiales de partida reactivos adecuados son, por ejemplo, silicato de sodio, gel de sílice o sílice como fuente de silicio e hidróxido de aluminio u otras sales de aluminio como fuente de aluminio.
La piedra zeolita mineral que se forma a partir de la mezcla de reacción depende de varios factores, como la composición de la mezcla de reacción, la velocidad de agitación y la temperatura de cristalización.
Para la pregunta de qué zeolitas se generan concretamente, los efectos de las plantillas de los cationes orgánicos también juegan un papel importante.
Propiedades de la Zeolita
Para la síntesis de estos minerales, se hace uso de soluciones alcalinas de compuestos de silicio y aluminio reactivos, por lo que la formación de un gel reactivo es un requisito previo.
Las mezclas de reacción amorfas se convierten entre 60 y 200 ° C en los productos cristalinos. A temperaturas superiores a 100 ° C, el trabajo debe realizarse bajo una presión elevada.
Ciertas tipos, tales como ZSM 5 y ZSM 11, pueden prepararse en presencia de cationes orgánicos, v.g. Por ejemplo, se puede preparar tetrapropilamonio (C3H7) 4N +.
Pueden ser modificadas por intercambio iónico o tratamiento químico. El objetivo de esta modificación es, por un lado, un aumento en el efecto catalítico de estos minerales y, por otro lado, un aumento en la resistencia térmica o química.
La modificación más común es la introducción de partículas metálicas para obtener centros bifuncionales catalíticamente altamente activos.
Otro tratamiento importante es el desplazamiento de zeolitas con ácidos. Las zeolitas estables al ácido pueden tratarse directamente con ácido.
Esto conduce a la formación de centros ácidos. Para producirlos en zeolitas sensibles a los ácidos, a menudo son desmontables: para este propósito, primero se intercambia un catión alcalino por un ión amonio, que luego se descompone al calentarlo a aproximadamente 500 ° C.
Al mismo tiempo, la muestra es desaluminada, lo que estabiliza la estructura.
Si se reemplazan algunos átomos de silicio con átomos de zinc o cobalto, y algunos puentes de oxígeno por puentes de imidazolato, entonces surgen marcos de zida de imidazolato zeolítico (ZIF).
Algunos de estos ZIF pueden almacenar selectivamente grandes cantidades de dióxido de carbono (1 litro de ZIF-69 almacena 82.6 litros de dióxido de carbono a 0 ° C y 1 bar), lo cual es importante para el secuestro de dióxido de carbono.
Etimología e historia
El nombre deriva del griego antiguo ζέω zeein para “hirviendo” y del griego antiguo λίθος lithos para “piedra”, que significa “piedra a fuego lento”.
Se refiere a la efervescencia (ebullición) del mineral cuando se calienta, a medida que se libera el agua ligada.
El término “zeolita” fue acuñado en 1756 por el mineralogista sueco Baron Axel Fredrick de Cronstedt.
Desde mediados de la década de 1950, las piedras zeolitas minerales se han usado industrialmente, inicialmente como adsorbentes e intercambiadores de iones.
En 1959, Union Carbide utilizó por primera vez zeolitas Y como componente catalítico.
A principios de la década de 1970, las zeolitas se desarrollaron con propiedades hasta ahora completamente desconocidas.
En 1972, los empleados de un laboratorio Mobil Oil (anteriormente Socony = Standard Oil Company de Nueva York), ahora parte de ExxonMobil, lograron crear la base para toda una gama de nuevas zeolitas llamadas Pentasils.
El representante más importante del Pentasile es el “ZSM-5” (ZSM significa zeolithe socony mobil inglés).
Desde la década de 1980, la compañía química Henkel usó zeolitas por primera vez como reemplazo de fosfato para el lavado.
Aunque esto podría reducir la eutrofización del agua, pronto se hizo evidente que las zeolitas causan daños en el tratamiento de aguas residuales.
Por lo tanto, se intenta ahora intercambiar estos cada vez más por silicatos.