Zeoliet is een mineraal dat al eeuwen gebruikt wordt in streken waar vulkanen voorkomen. Zeoliet heeft als eigenschap dat het diverse stoffen in de holle ruimten kan opnemen.
Als we over zeoliet spreken dan bedoelen we een mineraal uit de groep zeolieten. Zeolieten zijn stoffen die ontstaan zijn door vulkanische activiteit van de aarde. Vulkanische aswolken sloegen honderdduizenden jaren geleden neer en vormden op de bodem van de meren een soort kleilaag. Onder invloed van heet water, dat door de thermische activiteit van de aarde ontstond, veranderde de gevormde kleilaag in een zacht gesteente. Tijdens die verandering werd amorf materiaal door het hete water weggespoeld. Er bleef een ruimtelijk rooster van aluminium- en siliciumoxiden over. Het poreuze gesteente heeft ten gevolge van zijn unieke structuur een hoge negatieve elektrische lading.
De Zweedse mineraloog Cronstedt gaf in de 18e eeuw het gesteente een naam, hij noemde het zeoliet. Het woord zeoliet is van Griekse oorsprong, het betekent kokende stenen. Die naam refereert aan het water vasthouden door zeoliet. Als zeoliet verhit wordt, dan staat het het vastgehouden water als waterdamp af. Zeolieten bestaan uit microscopisch kleine, onderling verbonden kristallen, met een duidelijk omschreven structuur. In het algemeen bevat zeoliet silicium, aluminium en zuurstof in zijn structuur en kationen, water en/of andere moleculen in zijn poriën. Velen soorten zeoliet komen in de natuur voor als mineraal gesteente en ze worden op uitgebreide schaal gedolven op vele plaatsen van de wereld. Er bestaan ook synthetisch soorten, die worden op commerciële basis vervaardigd voor speciale doeleinden.
Ook worden zeolieten geproduceerd in laboratoria waar wetenschappers zich bezig houden met de speciale chemie van zeolieten. Vanwege de unieke poreuze eigenschappen heeft zeoliet een grote hoeveelheid toepassingen. Globaal worden er per jaar een aantal miljoenen ton verbruikt. De westerse wereld gebruikt zeolieten voornamelijk bij het kraken in de petrochemische industrie, bij ionenuitwisseling (waterzuivering en waterverzachting) en bij het verwijderen van gassen en opgeloste stoffen. Verder worden zeolieten gebruikt in de landbouw, veehouderijen en bouwnijverheid.
Roosterstructuur Een kenmerkende eigenschap van zeolieten is hun rooster, dat gebaseerd is op een op een netwerk van atomen. De atomen zijn onderling op 4 punten verbonden. Men kan denken aan een regelmatig viervlak, de tetraëder. Een tetraëder heeft vier hoekpunten op onderling gelijke afstand. Het siliciumatoom kan zich met vier zuurstof-atomen verbinden waarbij het silicium in het midden van de tetraëder gesitueerd is en de zuurstofatomen op de hoekpunten. De tetra- ëders kunnen gekoppeld worden via de zuurstofatomen op hun hoekpunten. Ze kunnen zo een rijke diversiteit aan prachtige structuren vormen. Het rooster bevat verbonden “kooien”, “grotten” en gangen, die de juiste afmetingen hebben om kleine moleculen te bevatten. De kleinste porieafmetingen hebben een diameter in de orde van grootte van 300 t/m 1000 pm.
Er zijn 130 verschillende roosterstructuren bekend, waarvan er ongeveer 40 in de natuur voorkomen. Als aanvulling op silicium of aluminium als tetraëder atoom, worden ook synthetische samenstellingen daarvoor gebruikt waaronder de steeds groter worden groep van aluminiumfosfaten, de zogenaamde ALPO’s. Een materiaal zoals zeoliet kan door zijn chemische en fysieke structuur ruimte bieden aan ionen. In het geval van clinoptilotiet heeft de structuur een lichte negatieve lading waardoor kleine positieve ionen aangetrokken worden. In zijn natuurlijke vorm huisvest het Na+ , K+ en Ca+ ionen.
Omdat het rooster van zeoliet een zeer groot inwendig oppervlak heeft, tot 145 m2/g, kunnen zeolieten tot wel 70% van hun gewicht aan vloeistof absorberen.
Katalysator Zeolieten kunnen gebruikt worden als katalysator bij chemische reacties die in hun inwendige ruimten plaats vinden. Een belangrijke groep reacties vindt plaats in waterstofuitwisselende zeolieten, wiens roostergebonden protonen een hoge zuurgraad veroorzaken. Dit wordt gebruikt bij vele organische reacties zoals het kraken van ruwe olie, isomerisatie, en het brandstofsyntheses. Zeolieten kunnen ook toegepast worden als katalysator bij oxidaties en reducties, meestal als er aan het rooster een metaal is toegevoegd. Als voorbeeld geven we het gebruik van titanium ZSM-5 bij de productie van caprolactum en koperzeolieten bij NOx ontledingen.
Al deze reactie maken gebruik van de unieke microscopische structuur van zeolieten. De vorm en de afmeting van een porie van invloed is op de reactie, ze regelen de toegang van reactanten en producten. Er wordt vaak gezegd dat zeolieten vormgevoelige katalysatoren zijn. In toenemende mate is de aandacht gericht op de fijnafstemming van de eigenschappen van zeoliet om daardoor zeer specifieke synthese van hoogwaardige chemicaliën mogelijk te maken voor de farmaceutische en cosmetische industrie.
Adsorptie en scheiding De vormgevoelige eigenscheppen van zeolieten vormen de basis voor hun gebruik bij moleculaire adsorptie. Omdat ze in staat zijn uit een omgeving uitsluitend bepaalde moleculen te adsorberen, is een breed gebied van toepassingen als moleculaire zeef. Soms is het slechts een kwestie van vorm en afmeting van de poriën waardoor toegang tot het zeoliet geregeld wordt. In andere gevallen dringen er meerdere soorten moleculen in het zeoliet door, maar dringen sommige moleculen sneller dieper in het zeoliet door, waardoor anderen achterblijven zoals bij de zuivering van paraxyleen met silicaliet. Kationen bevattende zeolieten worden uitgebreid gebruikt als droogmiddel vanwege hun aantrekkende werking op water en ook vinden ze toepassing in het scheiden van gassen waarbij de gasmoleculen gescheiden worden op basis van de elektrostatische interactie met de metaalionen. Omgekeerd geven de waterzuchtige zeolieten voorkeur aan het absorberen van organische oplosmiddelen. Zeolieten kunnen dus moleculen scheiden op basis van hun verschil in afmetingen , vorm en polariteit.
Ionenuitwisseling De zwakke binding, van de aan het rooster gebonden metaalionen, (zoals in zeoliet NAa) heeft als gevolg, dat die ionen, in een waterige oplossing, eenvoudig vervangen kunnen worden door andere metalenionen. Dit wordt toegepast bij een belangrijke methode van water- zuivering. De alkalische metalen zoals natrium en kalium verlaten het zeoliet en hun plaats wordt ingenomen door calcium- en magnesiumionen uit het water. Vele was- poeders bevatten substantiële hoeveelheden zeoliet. Bedrijfsafvalwater dat zware metalen en afvalwater met nucleaire isotopen kan ook gezuiverd worden door het gebruik van zulke zeolieten.
Clinoptilotiet Clinoptilotiet, een van de meer bruikbare natuurlijke zeolieten wordt algemeen gebruikt om ammonia, NH4+ ionen aan te trekken, die betrekkelijk klein en positief geladen zijn. De Romeinen gebruikte Clinoptilotiet al voor waterzuivering. Ook bij hedendaagse waterzuivering wordt water door zeoliet geleid om de ammonia te verwijderen.
Zeolieten en het milieu Zeolieten dragen op een groot aantal manieren bij bij tot een schoner en veiliger milieu. In feite is iedere toepassing van zeoliet tot stand gekomen door milieuoverwegingen of speelt zeoliet een belangrijke rol bij het reduceren van afvalgiffen en energieverbruik. In wasmiddelpoeders vervangt zeoliet fosfaten, die op vele plaatsen van de wereld verboden zijn vanwege hun water- vervuilende eigenschappen. Katalysatoren maken per definitie een chemisch proces efficiënter, ze sparen energie en reduceren indirect vervuiling. Bovendien kunnen processen in minder stappen uitgevoerd worden, hetgeen onnodig afval en bijproducten voorkomt.
Als vast zuur reduceert zeoliet de behoefte aan corrosieve vloeibare zuren. Als redox katalysator en absorbeerder kunnen ze atmosferische verontreinigingen zoals uitlaatgassen en CFK’s verwijderen. Zeolieten kunnen ook gebruikt worden om schadelijke organische stoffen van water te scheiden en om zware metaalionen te verwijderen.
Toepassingen
De Romeinen gebruikten het zeoliet Clinoptilotiet al voor waterzuivering. Ook bij hedendaagse waterzuivering wordt water door zeoliet geleidt om de ammonia te verwijderen.
Omdat de urine van dieren veel NH4+ bevat, kan de lucht, die daarvan afkomstig is, van NH4+ gezuiverd worden door de lucht door een zeolietfilter heen te voeren.
Het water van aquaria en vijvers kan ook door zeoliet van NH4+ worden ontdaan.
Zeoliet, toegevoegd aan een kattenbak zal de hinderlijke ammonialucht wegnemen. Het water van aquaria en vijvers kan ook door zeoliet van NH4+ worden ontdaan.
Na gebruik in een aquarium/vijver is het zeoliet geschikt om door compost te mengen. In de landbouw kan zeoliet aan de bodem worden toegevoegd om voedingsstoffen vast te houden, daartoe laat men eerst de voeding door het zeoliet adsorberen.
Zeoliet, toegevoegd aan veevoer voorkomt maagproblemen ten gevolge van ammoniavergiftiging.
Bij potplanten kan zeoliet op de aarde worden aangebracht als siermiddel en om door absorptie, water vast te houden Zeoliet kan ook aan de potgrond toegevoegd worden om voedsel vast te houden. Zeoliet kan ethyleen absorberen en kan daardoor het rijpen van sommige fruitsoorten en het in bloei komen van snijbloemen vertragen.
Het stinkende zwavelwaterstofgas wordt door zeoliet geabsorbeerd.
Zeoliet kan door zijn absorberend vermogen olie en andere stoffen opnemen.
Zeoliet kan ook gebruikt worden om sportschoenen te drogen, het vochtgehalte in garderobes terug te brengen en rooklucht weg te nemen.
Nieuwe technologieën openen steeds nieuwe toepassingen voor zeoliet, zoals bijvoorbeeld de zuivering van rookgassen.
Het Zeoliet Clinoptilolite heeft als eigenschap het absorberen van o.a.: ammonium / Het materiaal moet verwijderd kunnen worden om het in een zoutoplossing te kunnen plaatsen, waardoor het opnieuw wordt geladen. Na een nacht in een zout oplossing moet je het afspoelen en terug in het filter plaatsen
