Цеолиты: особенности и свойства минералов

Виды молекулярного сита

Молекулярные сита (адсорбенты) в разрезе их применения для производства стеклопакетов можно классифицировать по группам.

  1. Сита природного происхождения, сделанные на основе аттапульгита или палыгорскита (глина).
  2. Полученные путем химического синтеза сита, содержащие соединение CaCl2.
  3. Полученные путем химического синтеза сита с размером пор 4 Å.
  4. Полученные путем химического синтеза сита с размером пор 3 Å.

Данная градация условна, т. к. целью ее создания служило лишь желание показать, что единственно возможным вариантом для применения в производстве стеклопакетов могут служить молекулярные сита 3 Å.

Адсорбент купить можно в компании “Air Part”.

Рассмотрим подробнее предложенную классификацию.

Сита, сделанные на основе аттапульгита или палыгорскита (глина)

Данный вид молекулярных сит наиболее дешев в производстве, но означает ли дешевизна соответствие заявленным требованиям ГОСТа? Конечно нет! В соответствии с ГОСТом показатель ∆Т должен быть не ниже 35°С, но по своей природе данные материалы не могут вызывать химическую реакцию с таким выделением тепла, поэтому недобросовестные производители добавляют в состав таких сит химические соединения, способные поднимать температуру теста до нужных значений. Хотя в реальной жизни не так важен показатель теста ∆Т, как способность сита адсорбировать влагу – максимальная влагоемкость. ГОСТ требует, чтобы максимальная влагоемкость сита была не ниже 15% во всем диапазоне используемых температур, но после лабораторных исследований выяснилось, что данные молекулярные сита могут поддерживать такую влагоемкость только при температурах выше 20°С. Исходя из этих испытаний напрашивается неутешительный вывод: при температурах ниже 20°С молекулярные сита не выполняют своих функций – осушения стеклопакета.

Сита, содержащие в себе соединение CaCl2

Эти молекулярные сита имеют несколько специфических особенностей: содержащийся в них CaCl2 вступает в агрессивную реакцию с алюминиевой дистанционной рамкой, вследствие чего начинается процесс ее коррозии. Данный вид сит не только впитывает содержащуюся в воздухе влагу, но и успешно ее отдает обратно при нагреве, несложно сделать вывод, что содержащий данное сито стеклопакет начнет запотевать, как только окружающая температура превысит ту, при которой происходила его сборка.

Сита с размером пор 4 Å

Молекулярные сита с размером пор 4 ангстрема – это продукт первичной стадии производства молекулярных сит 3 Å. Данные сита имеют прекрасные показатели как по тесту разности температур (∆Т тест), так и по максимальной влагоемкости, но и у этих сит есть особенность – размер внутренних пор 4 ангстрема. Что же это означает? Попробуем разобраться. Все в природе состоит из молекул, каждое вещество имеет молекулы определенного размера, а молекулярные сита обладают свойством улавливать и удерживать молекулы веществ, размер которых меньше диаметра внутренних пор сита. К примеру, молекула воды имеет диаметр 2,7 Å, значит молекулярное сито 4 Å будет прекрасно поглощать воду. В настоящее время в современных стеклопакетах используются инертные газы (такие как аргон и азот) для уменьшения теплопроводности и улучшения шумоизоляции, но размер молекулы аргона составляет 3,7 Å, а молекулы азота – 3 Å, значит сито с размером пор 4 Å будет поглощать и молекулы инертных газов, что неминуемо приведет к снижению эксплуатационных свойств стеклопакета и может повлечь вогнутые деформации стеклопакета.

Сита с размером пор 3 Å

Имеют высокие показатели в ∆Т тесте и обладают высокой влагоемкостью: >16% в диапазоне значений точки росы от -38°С до 100°С, для них характерна высокая молекулярная избирательность – улавливают и удерживают только молекулы воды, не оказывая действия на инертные газы внутри стеклопакета. К сожалению, эти молекулярные сита наиболее дорогие по сравнению с остальными рассмотренными, это обусловлено сложным процессом химического синтеза цеолита и последующей реакцией замещения для уменьшения диаметра внутренних пор с 4 Å на 3 Å.

 

Как обнаружили камень

Цеолит – один из немногих минералов, чей «крёстный родитель» известен точно. Это шведский химик Аксель Кронстедт.

Проводя очередной опыт в лаборатории, он нагревал стильбит. Кусочки минерала начали вздуваться, появились пузырьки. Их породила вода, выделенная при закипании.

Учёный выявил и другие образцы с аналогичными характеристиками. Так в середине XVIII века науку пополнило новое семейство минералов, названное «родителем» цеолитами (от древнегреческого zeo – кипеть и lithos – камень).

Природный цеолит

Куда приспособить «кипящие камни», тогда не знали. Двести лет результаты работы имели сугубо теоретическую ценность.

В 1950-х годах актуализировалась тема очистки воды. Камни заинтересовали учёных, решавших эту проблему. Было установлено, что минерал цеолит – мощный сорбент. Без ущерба для вкуса воды он в несколько раз уменьшает присутствие солей кальция. Это могли делать и другие химические соединения, но преимуществом цеолитов стала распространённость и низкая цена.

https://www.youtube.com/embed/nYI1nS7bX2I https://www.youtube.com/embed/Nn1dEqj5-iA

Значимость природного камня

Природный камень улучшает структуру почвы, раскисляет ее, повышает  биологическую активность, стимулирует аккумуляцию воды.

Обеспечивает растения важнейшими элементами:

  • кальцием;
  • кремнием;
  • фосфором;
  • азотом

Он повышает всхожесть семян, обеспечивает рост и развитие, ускоряет созревание. Благодаря ему осуществляется сорбция радионуклидов и тяжелых металлов. Каков механизм воздействия? Материал пролонгирует действие удобрений, служит источником макро- и микроэлементов.

Этот каркасный алюмосиликат, внутри которого находятся катионы металлов. Они уравновешивают заряд самого каркаса. Формулу можно отразить в следующем виде: Na + (AlSiO 4 )- . Помимо катионов натрия в полостях располагаются ионы магния, калия, кальция. Они могут замещаться иными катионами, в частности, аммония. Поглощение в такой форме азота предотвращает окисление. Ионообменные свойства камня позитивно воздействуют на питание растений. Вносят в почву можно в период посева с удобрениями или без них.

Соли щелочноземельных металлов, в том числе карбонат кальция, раскисляют почву.

Рекомендуемые фракции:

  1. Осадочные. Размер частиц от 0,8 до 10 мм.
  2. Вулканические (от 1 до 10 мм).

В животноводстве минерал нужен при:

  • кормлении;
  • для создания премиксов и комбикормов;
  • компостирования навоза

Он хорошо нейтрализует запахи.

Адсорбционные возможности

МодельДиаметр пор ( Ангстрем )Насыпная плотность (г / мл)Адсорбированная вода ( % масс. )Истирание или истирание, Вт (% мас.)Использование
30,60–0,6819–200,3–0,6Высушивание из крекинга нефтяного газа и алкенов, селективной адсорбции Н 2 О в изолированном стекле (IG) и полиуретан, сушка этанола топлива для смешивания с бензином.
40,60–0,6520–210,3–0,6Адсорбция воды в алюмосиликате натрия, одобренном FDA (см. ), используемом в качестве молекулярного сита в медицинских контейнерах для сохранения содержимого сухим и в качестве пищевой добавки с номером E-554 (агент против слеживания) ; Предпочтительно для статической дегидратации в закрытых жидкостных или газовых системах, например, при упаковке лекарств, электрических компонентов и скоропортящихся химикатов; удаление воды в системах печати и пластмасс и сушка потоков насыщенных углеводородов. Адсорбированные частицы включают SO 2 , CO 2 , H 2 S, C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H 6.. Обычно считается универсальным сушильным агентом в полярных и неполярных средах; разделение природного газа и алкенов , адсорбция воды в полиуретане, нечувствительном к азоту.
5Å-DW50,45–0,5021–220,3–0,6Обезжиривание и понижение температуры застывания авиационного керосина и дизельного топлива , отделение алкенов.
5Å малый обогащенный кислородом50,4–0,8≥23 Специально разработан для медицинского или здорового генератора кислорода необходима цитата
50,60–0,6520–210,3–0,5Осушение и очистка воздуха; обезвоживание и обессеривание природного газа и сжиженного нефтяного газа ; кислород и водород производство пути адсорбции при переменном давлении процесса
В 10 раз80,50–0,6023–240,3–0,6Высокоэффективная сорбция, используемая при сушке, обезуглероживании, десульфуризации газа и жидкостей и отделении ароматических углеводородов.
13X100,55–0,6523–240,3–0,5Осушение, десульфуризация и очистка нефтяного и природного газа
13X-AS100,55–0,6523–240,3–0,5Обезуглероживание и осушение при разделении воздуха, отделение азота от кислорода в концентраторах кислорода
Cu-13X100,50–0,6023–240,3–0,5Облегчение (удаление тиолов ) авиационного топлива и соответствующих жидких углеводородов

Свойства, месторождение и добыча

Цеолиты представляют собой группу водных алюмосиликатов, которые имеют вулканическое и осадочное происхождение. Выделяют природные и синтетические цеолиты. В своём составе порода содержит оксиды:

  • алюминия;

  • калия;
  • марганца;
  • кремния;
  • натрия;
  • кальция;
  • магния;
  • титана;
  • железа.

Внешне минерал напоминает твёрдую глину. Имеет перламутровый или стеклянный блеск, цвет — зеленовато-серый. Способность цеолита поглощать воду зависит от температуры. Он устойчив к воздействию кислот и имеет способность к ионному обмену. Внешне минерал непривлекателен, но ценятся его свойства:

  1. Способность к ионному обмену: цеолит связывает токсины. Он способен поглощать не только воду, но и опасные вещества — нитраты, тяжёлые металлы и др.
  2. Молекулярные сита: благодаря своей пористой структуре минералы способны различать молекулы по размерам. Это зависит от величины пустот, которые разнятся в зависимости от представителя группы.
  3. Ионный обмен: «кипящий камень» способен впитывать не только воду, но и молекулы других веществ.
  4. Каталитическая способность: минерал способен ускорять течение реакций.
  5. Сыпучесть.

В настоящее время существует больше тысячи мест, где добывается цеолит. На всех месторождениях имеются большие объёмы добычи минерала. Его образование идёт под воздействием высокого давления и температур. Кристаллы залегают близко к поверхности земли, поэтому их добыча не составляет большого труда. Сложность состоит только в отделении самого минерала от породы.

На территории бывшего СССР цеолит добывался на Камчатке и в Закарпатье. Его бо́льшая часть сосредоточена на территории Российской Федерации, Америки, Японии, Европы. Сейчас в России существует более 120 мест добычи. Самые крупные месторождения в Кемеровской области и Красноярском крае. «Кипящий камень» добывают на данный момент в Восточной Африке, Исландии и Зеландии.

Особые свойства минерала

Рыхловатая, но прочная каркасная структура обусловила свойства минералов:

  1. Адсорбция. Кристаллическая решётка связывает тяжёлые и радиоактивные металлы, нитраты, другие токсины.
  2. Катализ. Способность ускорять химические реакции востребована в нефтепереработке.
  3. Ионный обмен. Благодаря пористости цеолиты вбирают молекулы (воды или другие), отдавая минералы.
  4. Молекулярные сита. Уникальность цеолитов – строго определённые габариты пор и внутренних полостей. У каждого вида камня эти характеристики индивидуальны. Кристаллы способны калибровать молекулы, поглощая или отсеивая разные вещества. Например, удаляют из воды радиоактивные цезий или стронций, «пропуская» другие компоненты.

Экономические данные

В настоящее время Ежегодное мировое производство природного цеолита составляет около 4 миллионов тонн. Большая часть этого объема, то есть 2,6 миллиона тонн, предназначена для китайского рынка и используется в основном в цементной промышленности. Восточная Европа, Западная Европа, Австралия и Азия являются основными производителями и поставляют большую часть природных цеолитов на рынок. Для сравнения, в 2004 году Северная Америка произвела всего 57 400 тонн природного цеолита, или лишь около 1,5% мирового производства. Во Франции в Онфлёре есть производственное предприятие .

Приложения

Молекулярные сита часто используются в нефтяной промышленности, особенно для сушки газовых потоков. Например, в отрасли сжиженного природного газа (СПГ) содержание воды в газе необходимо снизить до менее 1 ppmv, чтобы предотвратить засорение, вызванное льдом.

В лаборатории для сушки растворителя используются молекулярные сита. «Сита» превосходят традиционные методы сушки, в которых часто используются агрессивные осушители .

Под термином цеолиты молекулярные сита используются в широком спектре каталитических применений. Они катализируют изомеризацию , алкилирование и эпоксидирование и используются в крупномасштабных промышленных процессах, включая гидрокрекинг и каталитический крекинг с псевдоожиженным слоем .

Они также используются для фильтрации воздуха, подаваемого в дыхательные аппараты, например, те, которые используются аквалангистами и пожарными . В таких случаях воздух подается воздушным компрессором и проходит через картриджный фильтр, который, в зависимости от области применения, заполняется молекулярным ситом и / или активированным углем , и, наконец, используется для зарядки резервуаров с воздухом для дыхания. Такая фильтрация может удалять частицы и продукты выхлопа компрессора из подаваемого воздуха для дыхания.

Утверждение FDA

FDA США с 1 апреля 2012 г. одобрило алюмосиликат натрия для прямого контакта с расходными материалами в соответствии с 21 CFR 182.2727. До этого утверждения Европа использовала молекулярные сита с фармацевтическими препаратами, и независимые испытания показали, что молекулярные сита соответствуют всем государственным требованиям, но промышленность не желала финансировать дорогостоящие испытания, необходимые для утверждения правительством.

Лечебное воздействие, использование в медицине

Неоспорима огромная польза цеолита для здоровья человека. Минерал применяется как профилактическое, иммуноукрепляющее, иммуномодулирующее средство, нормализующее работу всех систем организма. Камень избавляет от токсинов, предупреждает многие заболевания. Он используется для производства косметических средств, обладающих омолаживающим эффектом: масок, скрабов и т. д.

При каких болезнях помогает

Препарат хорошо себя зарекомендовал при имеющихся проблемах со здоровьем:

  • бронхит;
  • гайморит;
  • пиелонефрит;
  • разлад в работе сердечно-сосудистой системы, малокровие;
  • проблемы с пищеварительной системой: язвы, гастриты, заболевания печени;
  • болезни опорно-двигательного аппарата;
  • диабет;
  • аллергия;
  • псориазы и дерматиты;
  • заживление ран, ожогов;
  • пищевые отравления.

Есть препараты, которые применяются даже при лечении лучевой болезни и онкозаболеваний.

На базе минерала готовится биологически-активная добавка «Литовит». Она представлена в форме порошков, таблеток, капель, гранул, которые разрешено применять после консультации с врачом.

Литовит

Сколько прослужит клиноптилолит?

Покупка цеолита довольно выгодная, не только потому, что это полезная вещь, но и потому, что его можно освежить и использовать снова и снова неопределенный срок.

Если вы положите цеолит на столе или каком-то ящике, то пару раз в день его нужно поворачивать, чтобы солнечный свет и свежий воздух касались его со всех сторон. Еще лучшая идея, подвесить его в дышащем пакете.

Если вы пользуетесь маленькими камнями, гранулами или порошком, то положите их на поднос или на миску и оставьте снаружи на улице.

Относительно аквариумного продукта, то эти камушки промывают под горячей водой и оставляют высыхать на солнце в течение нескольких дней, а потом их опят кладут в систему фильтрации в аквариуме.

 

В темные, мрачные дни клиноптилолит можно освежить в духовке. Если гранулы предварительно упакованы в пластиковый пакет, просто поставьте его в духовой шкаф на один час, чтобы тепло циркулировало через него

Соблюдайте осторожность и не превышайте температуру 200 градусов по Фаренгейту (93º С), иначе пластиковый пакет расплавиться

 

Порошок клиноптилолита можно рассыпать на противне и высушить в течение часа или двух. Природный цеолит выдерживает очень высокие температуры (более 1000 градусов по Фаренгейту), но соблюдайте в духовке адекватную температуру ради своей безопасности!

Как часто освежать цеолит?

Частота обновления зависит от того, как часто вы его используете и насколько серьезная проблема запаха или загрязнения. Для затхлых шкафов, подвалов и чердаков его хватит, вероятно, на два или три месяца.

В сильно затхлой курительной комнате, его можно освежать раз в неделю или две. В аквариуме его заменяют каждый раз, когда меняют фильтр.

Лучше полагаться на собственные ощущения. Если вы начнете чувствовать запах, то освежите свой клиноптилолит. Хорошо, когда у вас их несколько, когда один освежается на улице, вы используете другой, и наоборот.

Этот кристаллизованный минерал полностью безопасен для использования в доме, даже если у вас есть дети и домашние животные.

Полезные свойства «камня-губки»

Борец с плесенью

Прежде всего нужно упомянуть адсорбционные и ионообменные свойства цеолита, из-за которых он активно используется как наполнитель различных фильтров и входит в состав лекарств.

Минерал является отличным адсорбентом, поглощающим избытки воды, плесень, вредные и опасные для здоровья человека соединения, тяжелые металлы. Он очень часто применяется для удаления из воды, воздуха и почвы радиоактивных газов, бактериальных запахов, аммиака, меркурия, формальдегидов, свинца, диоксида серы.

Хороший катализатор

Цеолит обладает и каталитическими свойствами, ускоряет некоторые химические реакции.

Это крепкий минерал, поэтому его активно используют в строительстве для изготовления высокопрочных, огнеупорных бетонных блоков.

Цеолит имеет богатый химический состав и при приеме внутрь обеспечивает организм большим количеством полезных минеральных веществ.

Измельченный минерал добавляли в питье облученных людей в Чернобыле, а мешки с ним сбрасывали в океан для фильтрации зараженной воды после взрыва на Фукусиме.

Искусственный аналог

Цеолит бывает природным и синтетическим. Искусственный аналог камня впервые получен учеными СССР, США и Англии. По свойствам он идентичен природному камню.

Искусственные минералы используются преимущественно на производстве, а натуральные — в медицине.

Лечебное воздействие минерала

Способности цеолита известны даже коренным жителям Океании и Африки. Съедобную разновидность минерала они предлагают гостям после обильного застолья со спиртным. Это облегчает похмелье или переедание.

Возможности минерала используются в медицине:

  • лекарства, эффективные при пищевых отравлениях, метеоризме (например, широко рекламируемая «Смекта»);
  • минерал ускоряет затягивание ран при диабете;
  • в косметике это лечебные грязи, маски, омолаживающие кожу; скрабы, удаляющие целлюлит.

Здоровым людям применение цеолита показано как профилактическое средство для следующих целей:

  • укрепление иммунитета, нервной системы;
  • нормализация кислотности желудка;
  • выведение из организма токсинов, проникающих с пищей, водой или воздухом;
  • всё, связанное с микроэлементами в организме: поддержание баланса; предупреждение заболеваний, связанных с их дефицитом или избытком.

Человек, использующий препараты с цеолитом, ощущает прилив сил, энергичен, продуктивнее работает.

Заключение

Природные цеолиты вулканического происхождения используют в аквариумах. Камни очищают воду, являются субстратом для растений, имеют эстетичный вид, становятся пищей для рыб. Происходит поглощение аммонийного азота, не допускается цветение. В аквариуме восстанавливается биологическое равновесие.

Среди отличительных преимуществ минерала выделяют отсутствие начальной загрузки. Неровность зерен природного камня позволяет создавать оптимальные условия для задержки образовавшегося осадка. При высокой скорости процесса (до 10 м/с) длительность цикла составляет 4-5 суток.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookXВКонтакте
Напишите комментарий