Zeolite là gì? Sự hình thảnh của Zeolite

06:52 - 24/06/2021

Zeolite khá ít người biết đến nó. Đây là một loại khoáng chất. Để cùng biết thêm hãy cùng Cao Lanh chúng tôi tìm hiểu về Zeolite là gì?

ZEOLITE LÀ GÌ?

ZEOLITE là khoáng chất silicat nhôm hay còn gọi là aluminosilicat của một số kim loại có hệ thống mao quản đồng đều chứa các cation nhóm I và II.

ZEOLITE LÀ GÌ

Công thức hoá học có thể biểu diễn như sau Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].zH2O

M : kim loại hoá trị n

y/x: tỉ số nguyên tử Si/Al, tỉ số này thay đổi tuỳ theo loại zeolite.

z: số phân tử H2O kết tinh trong zeolit.

Hiện các hạt Zeolite có kích thước 1.000-5.000 nm và trong tương lai sẽ giảm kích thước hạt tới dưới mức 100 nm nhằm tạo ra vật liệu nano – zeolite nhằm tăng khả năng ứng dụng của vật liệu này.

SỰ HÌNH THÀNH CỦA ZEOLITE

Zeolite có thể gặp ở trạng thái tự nhiên hoặc nhân tạo.

Zeolite tự nhiên được hình thành từ sự kết hợp giữa đá và tro của núi lửa với các kim loại kiềm có trong nước ngầm.

Để tổng hợp zeolite nhân tạo có thể thực hiện theo 2 cách:

Trực tiếp từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên, biến tính các aluminosilicat là các khoáng phi kim loại như cao lanh, bentonit.
Tổng hợp trực tiếp từ các silicat và aluminat

CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI ZEOLITE

Cấu tạo của Zeolite

Zeolite được cấu tạo từ mạng lưới ba chiều của các tứ diện SiO4 liên kết trong không gian 3 chiều tạo thành các khối đa diện, trong đó một số nguyên tố Si được thay thế bằng nguyên tử Al tạo thành khối tứ diện AlO4.

Trong tinh thể zeolit, các tứ diện SiO4 và AlO4 liên kết với nhau qua nguyên tử oxy. Không gian bên trong tinh thể gồm các hốc nhỏ được nối với nhau bằng các đường rãnh có kích thước ổn định. Nhờ hệ thống lỗ xốp và các đường rãnh mà zeolit có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ và đẩy ra những phân tử có kích thước lớn hơn.

Vì Zeolite được tạo thành khi nhôm thay thế một số nguyên tử silic trong mạng lưới tinh thể của SiO4 kết tinh, nên mạng lưới tinh thể zeolit mang điện tích âm. để đảm bảo tính trung hòa về điện tích, zeolite cần có các ion dương (cation) để bù trừ điện tích âm dư. Trong thiên nhiên hay ở dạng tổng hợp ban đầu những cation đó thường là cation kim loại kiềm (Na+, K+…) hay kiềm thổ (Mg2+, Ca2+…). Những cation này nằm ngoài mạng lưới tinh thể zeolite và dễ dàng tham gia vào các quá trình trao đổi ion với các cation khác.

Chính nhờ đặc tính trên mà người ta có thể biến tính zeolit và đem đến cho nó những tính chất và ứng dụng mới trong các quá trình hấp phụ và xúc tác.

Phân loại Zeolite

STT	TIÊU CHÍ PHÂN LOẠI	ZEOLITE
1	Theo nguồn gốc	– Zeolite tự nhiên – Zeolite tổng hợp
2	Theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản	– Zeolite có hệ thống mao quản 1 chiều. – Zeolite có hệ thống mao quản 2 chiều. – Zeolite có hệ thống mao quản 3 chiều.
3	Theo đường kính mao quản	– Zeolite mao quản nhỏ( đường kính 3-4A). – Zeolite mao quản trung bình (4.5-6A). – Zeolite mao quản rộng (7->15A).
4	Theo tỉ lệ Si/Al	– Zeolite hàm lượng Si thấp (Si/Al=1-1.5: A, X); – Hàm lượng trung bình (Si/Al=2-5: zeolite Y, chabazit…). – Hàm lượng Si cao (ZSM-5)

ỨNG DỤNG CỦA HẠT ZEOLITE

ỨNG DỤNG CỦA HẠT ZEOLITE

Ứng dụng trong việc nuôi trồng thủy sản đặc biệt là nuôi thâm canh tôm, cá. Với đặc tính ưu việc đó là khả năng hấp thụ các kim loại. amonia, … các chất độc tôm cá thường có trong ao nuôi, tham gia đảo nước và cung cấp oxy,
Ngoài Zeolite dùng trong thuỷ sản thì ứng dụng của vật liệu này đang triển khai vào phân bón. Lợi dụng tính chất hấp phụ nên người ta nghiên cứu tạo ra các loại phân bón chứa zeolite. Zeolite sẽ từ từ nhả chất dinh dưỡng trong phân bón vào đất, giúp tiết kiệm lượng phân bón, tăng độ phì nhiêu (do là vật liệu xốp nên làm xốp đất), giữ độ ẩm và điều hoà độ pH cho đất (ở VN đất hơi chua trong khi zeolite lại có tính kiềm).
Trong lĩnh vực chăn nuôi, người ta đang cố gắng triển khai thử nghiệm chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn và gà. Khi được trộn vào thức ăn, chế phẩm sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hoá và tăng trưởng. Được biết zeolite không độc đối với người cũng như vật nuôi.
Zeolite còn được sử dụng để tách các ion kim loại nặng, amoni, các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải và nước sinh hoạt.
Ngoài ra, đây cũng là vật liệu dùng trong chế tạo cồn tuyệt đối (do tính chất tách nước chọn lọc của zeolite), hoá dược và hoá chất bảo vệ thực vật.
Việc tìm ra Zeolit tự nhiên và tổng hợp được chúng đã tạo nên bước ngoặt lớn trong công nghiệp hoá học, đặc biệt trong ngành lọc hóa dầu chiếm khoảng 95% tổng lượng xúc tác. Sự ứng dụng Zeolite làm tăng cả về số lượng và chất lượng của sản phẩm dầu khí. Nó được sử dụng trong hầu hết các công đoạn quan trọng như:Cracking, Oligome hoá, Alkyl hoá, Thơm hoá các alkan, alken, Izome hóa.
Mặc dù đã có nhiều ứng dụng và giải pháp hữu ích như vậy nhưng nó vẫn không dừng lại ở đó. Hiện nay, người ta đang nghiên cứu với dự định của họ là tạo ra các vật liệu xốp có kích thước lớn hơn để hấp thụ chất màu trong nước thải nhuộm và các hợp chất hữu cơ phân tử lớn.