Zeolit o składzie chemicznym, właściwościach i postaci kryształów. Uwodnione glinokrzemiany sodu i wapnia, w rzadszym stopniu baru, strontu, potasu, magnezu, manganu. Grupę tę wydzielił w 1756 roku szwedzki mineralog Axel Frederik Cronstedt.

Sita molekularne – materiały nanoporowate, o ściśle określonym, wąskim zakresie rozmiarów porów, które posiadają zdolność selektywnego absorbowania cząsteczek związków chemicznych. Każdy rodzaj sit molekularnych posiada różną wielkość porów oraz strukturę kanałów.
Nawozy mineralne – potocznie zwane nawozami sztucznymi, substancje wydobywane z ziemi i przetworzone lub produkowane chemicznie, wzbogacające glebę w składniki mineralne niezbędne dla rozwoju roślin, poprawiające strukturę gleby lub zmieniające jej kwasowość.
Nazwa pochodzi z gr. dzeo = wrzeć (kipieć), zein = gotować i lithos = kamień (skała) co oznacza "wrzące kamienie" i nawiązuje do cechy charakterystycznej tej grupy: pod wpływem ogrzewania zawarta w nich woda "wrze" = "pieni się" pokrywając powierzchnię pęcherzykami (efekt uwalniania zawartej w zeolitach wody).
Obszerna grupa uwodnionych glinokrzemianów szkieletowych Na, Ca, Ba, Sr, K, Mn, Mg, w których w wolnych kanałach strukturalnych występują drobiny H2O (tzw. woda zeolitowa) oraz kationy jedno lub dwuwartościowe.
 
Zeolit Klinoptylolit Na6[(AlO2)6(SiO2)30]*24H2O
 
W Czarnobylu, zrzucono do reaktora ponad 500.000 ton zeolitu do zaabsorbowania  radioaktywnych metali. Bydło karmiono zeolitem ​​dla skutecznego prowadzenia radioaktywnych jonów z mlekiem skażonej gleby potraktowanej neolityczną dietą , aby odesłać go niemal do poziomu zera cezu lub strontu. Zeolit ​​został użyty, aby oczyścić otaczającej wody Three Mile Island w USA do elektrowni jądrowej .
 
 
 
Zeolity w oczyszczaniu wody i ścieków
 
Zeolity naturalne można zastosować do oczyszczania ścieków, a modyfikowane – do oczyszczania wody podziemnej i powierzchniowej. Zeolity modyfikowane ditlenkiem manganu i okresowo regenerowane roztworami H2O2 i KMnO4 można wykorzystać do oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych o podwyższonym stężeniu jonów amonowych. Z ich wykorzystaniem usuwać można pierwiastki promieniotwórcze ze ścieków nuklearnych oraz metale ciężkie ze ścieków kopalnianych i ścieków pochodzących z hutnictwa. Niedawno przedstawione wyniki badań wskazują także na możliwość zastosowania zeolitów do usuwania związków chloroorganicznych zanieczyszczeń olejowych. Mogą być użyte również w procesie biologicznego oczyszczania ścieków.
 
Zeolity mogą być stosowane na różnych etapach procesu oczyszczania wody i ścieków, takich jak: sedymentacja, flotacja, koagulacja, filtracja mechaniczna, wymiana jonowa, adsorpcja. Najczęściej stosowany jest klinoptylolit. Decydują o tym takie własności jak stabilność i trwałość struktury oraz doskonałe właściwości pod względem wymiany jonowej. Klinoptylolit coraz częściej jest modyfikowany i poddawany takim zabiegom jak: obróbka termiczna, działania kwasami lub zasadami, działania roztworami soli, wstępna wymiana jonowa. Dzięki tym procesom zeolit ten uzyskuje korzystną, jednojonową formę (najczęściej jest to forma sodowa), selektywność względem określonego rodzaju jonów oraz zwiększoną zdolność adsorpcyjną i pojemność jonowymienną. Zabiegi te wpływają ponadto na wzmocnienie wytrzymałości mechanicznej, termicznej i kwasowej zeolitu.
 
Filtracja jest jednym z podstawowych procesów oczyszczania ścieków i uzdatniania wody. Często wypełnienie filtrów stanowi piasek kwarcowy, który charakteryzuje się małą porowatością. Znaczna porowatość zeolitów zapewnia dobre właściwości hydrodynamiczne. Kolumny filtracyjne wypełnione złożem zeolitowym charakteryzują się dłuższym cyklem pracy, mniejszym spadkiem ciśnienia hydrostatycznego, mniejszym zużyciem wody do przemywania filtru. Na złożach zeolitowych istnieje możliwość oczyszczania wody o dużej zawartości zawiesin, cząstek koloidalnych pochodzenia mineralnego i organicznego. Ponadto usuwany jest także fitoplankton i bakterie. Użycie filtrów klinoptylolitowych w połączeniu z takimi etapami procesu oczyszczania jak: chlorowanie, ozonowanie, koagulacja kontaktowa- prowadzi do skuteczniejszego oczyszczania wody do picia, niż przy użyciu na przykład filtrów dwuwarstwowych. Z tego względu, że filtry klinoptylolitowe  zanieczyszczają się wolniej niż piasek kwarcowy, cykl ich pracy wydłuża się o 4 – 6 godzin. Zeolity mogą być również stosowane do zmiękczania wody. Jeżeli do wody zawierającej dużą ilość jonów wapnia i magnezu wprowadzi się glinokrzemian w formie sodowej, to nastąpi proces wymiany jonowej. Jony sodu przejdą do roztworu; ich miejsce natomiast w strukturze glinokrzemianu zajmą jony wapnia. Proces ten jest możliwy ze względu na prawie identyczny promień jonowy. Wyniki badań wskazują, że klinoptylolit może być stosowany również w procesie odżelaziania i odmanganniania wody.
 
Zeolity jako doskonałe sorbenty mogą być stosowane w technologii oczyszczania ścieków do redukcji związków biogennych. Dotychczas stosowano metody usuwania azotu amonowego oparte na procesach fizykochemicznych i biologicznych. Udowodniono, że usuwanie jonów za pomocą glinokrzemianów może być bardziej skuteczne. Złoża zeolitowe wykorzystywane w procesie usuwania jonów amonowych wymagają dosyć częstej regeneracji. Można ją prowadzić metodami fizycznymi (np.: metoda termiczna- desorpcja amoniaku w temperaturze 500-600˚ C), chemicznymi (np.: układ HCl- NaOH- NaCl) i biologicznymi (np.: długotrwałe napowietrzanie).
 
Klinoptylolit może pełnić rolę zarówno wymiennika jonowego jak i filtru biologicznie aktywnego. Badania, które były próbą łączenia procesu wymiany jonowej i biologicznej nitryfikacji, wykazały bardzo skuteczne usuwanie z wody jonów NH4+, bez opóźnienia wynikającego z rozwoju błony biologicznej na filtrze. Takie połączenie tworzy stabilny biofiltr, kiedy wyczerpie się już zdolność jonowymienna złoża, zeolit zawierający kation NH4+ staje się dla bakterii źródłem azotu amonowego.
 
Jeżeli obok jonów amonowych zachodzi potrzeba usunięcia również fosforanów, to łącznie z klinoptylolitem należy zastosować dodatek w postaci silnie bądź słabo zasadowego anionitu. Odpadem takiego procesu (możliwym jednak do rolniczego wykorzystania w celu poprawy właściwości gleb gliniastych) są MgNH4PO4 i NH4NO3. Natomiast traktowanie w celu regeneracji zużytego zeolitu kwasem siarkowym, spowoduje powstanie siarczanu amonu, który również nadaje się do wykorzystania jako nawóz.
 
Zeolity znalazły także zastosowanie w usuwaniu związków chloroorganicznych, które stwarzają coraz większe problemy w technologii uzdatniania wody. Badania nad usuwaniem z wody chloroformu wykazały wysoką skuteczność klinoptylolitu. W przeciągu 30 minut z rozcieńczonego roztworu (10 ÷ 100 mgCHCl3/ m3) nastąpiło prawie pełne usunięcie chloroformu, który uległ adsorpcji na klinoptylolicie. Rozwój energetyki jądrowej i przemysłu atomowego wiąże się z poszukiwaniem coraz bardziej efektywnych i tanich metod oczyszczania promieniotwórczych wód ściekowych. Korzystne wskaźniki fizykochemiczne (np.: odporność chemiczna, radiacyjna i termiczna, wytrzymałość mechaniczna, dostatecznie duża pojemność) oraz dobra selektywność jonowymienna klinoptylolitu względem Cs137 i Sr90 sprawiły, że w ostatnich latach wzrosło zainteresowanie możliwością wykorzystania zeolitów do oczyszczania ścieków promieniotwórczych. Stwierdzono, że pojemność klinoptylolitu względem cezu jest 30 – krotnie większa niż w przypadku żywic jonowymiennych. Zużyte zeolity poddaje się cementacji lub zeszkleniu w piecu indukcyjnym, a następnie zamyka w obudowie z betonu i umieszcza w bezpiecznych składowiskach.
 
Zeolity mogą być stosowane również jako sorbenty zanieczyszczeń olejowych (związków ropopochodnych), olejów smołowych pochodzących z przerobu paliw stałych, olejów roślinnych, tłuszczy zwierzęcych oraz niektórych rozpuszczalników organicznych. Wykazano dużą efektywność usuwania związków ropopochodnych stosując łącznie procesy adsorpcji z procesami biodegradacji. Klinoptylolit umożliwił powstanie błony biologicznej już po 60 godzinach pracy złoża. Zeolity przejawiają więc pozytywne właściwości jako podłoże dla rozwoju mikroorganizmów rozkładających substancje ropopochodne.
 
Dzięki właściwościom fizycznochemicznym, mechanicznym, hydrodynamicznym oraz wyraźną selektywnością w stosunku do jonów metali ciężkich, zeolity są stosowane do usuwania metali ciężkich ze ścieków przemysłowych np.: kopalnianych, metalurgicznych. Zeolity mogą być wykorzystywane nie tylko do oczyszczania ścieków z tych metali, ale także do ich odzyskiwania. Po zakończonym procesie sorpcji minerał można poddać procesowi cementacji lub zeszklenia, a ostatecznie zamknąć w betonie. Potencjalnie odpad, jakim jest zeolit nasycony metalami ciężkimi, może być wykorzystywany jako materiał budowlany, gdyż badania wykazują dużą stabilność metali w matrycy zeolitu w połączeniu z wapnem i gipsem.
 
 
Dezaktywacja ścieków promieniotwórczych zeolity np. klinoptilolit cechuje dobra
selektywność jonowymienna względem izotopów 137Cs i 90S

 

 
Badania aplikacyjne adsorpcji klinopylolitu
 
Badania karpackiego klinopylilitu
 
 
 

Skład chemiczny klinoptylolitu, zbadany przez ACTLABLS (Toronto, Kanada) przedstawiono w poniższej tabeli:
Właściwości sorpcyjne
Powierzchnia właściwa wyznaczona metodą BET wynosi 34,5 m2/g.
Izotermy adsorpcji i desorpcji azotu wykazująhisterezę.
W minerale występują mezopory o przeważającej średnicy ok. 3,8 nm.
Całkowita objętość porów w minerale niemodyf ikowanym wynosi 0,135 cm3g.
Badania termograwimetryczne
Aparat Universal V2.3C TA Instruments, szybkość narostu temperatury 10 °C /min, atmosfera beztlenowa (argon).
Ubytek masy do temperatury 1100 °C -12.66 %.
Próbka wstępnie prażona w temperaturze 100 °C wykazuje dwa efekty endotermiczne w temperaturach 90 i 171 °C.
Są one związane z wydzielaniem wody zaadsorbowanej fizycznie.

NMR
Widmo jąder krzemu dla klinoptylolitu składa się z 4 sygnałów o następujących przesunięciach chemicznych względem TMS-u: -112,8; -106,7; -102,1 i -96,0 ppm.
Sygnały te są złożeniem ugrupowań 5\(nA\) położonych w nierównocennych pozycjach krystalograficznych.
Jedynie sygnał przy -112,8 ppm odpowiada ugrupowaniom S’\(OA\).
W widmie jąder glinu pojawia się pojedynczy sygnał odpowiadający glinowi o koordynacji tetraedrycznej.
W preparacie nie występuje glin pozasieciowy. Sygnały oznaczone gwiazdkami to pasma boczne.

 

EKOLOGIA I TECHNIKA,Vol. VIII, nr 2, 31 – 41 (2000)

Składnik Zawartość
% wagowy		 Zawartość
ilosć moli		 izowany stosunek molowy
SiO2 66,470 1,1280 10,349
AloOo 10,93 0,1090 1,000
Fe2O3 1,463 0,0093 0,085
MnO 0,0245 0,0004 0,004
MgO 0,486 0,0123 0,113
CaO 1,949 0,0354 0,325
N2O 0,692 0,0114 0,105
K2O 4,635 0,0501 0,459
TiO2 0,136 0,0017 0,016
P2O5 0,0245 0,0002 0,002
Straty prażenia (H2O) 12,66 0,614 5,633

 

 
Literatura
 
1. Anielak A.M., Schmidt R., Świderska R., Majewski A.: Modyfikowane zeolity w technologii uzdatniania wody. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN. Vol. 30, 123-135. 2005.
2. Anielak A.M.: Właściwości fizykochemiczne klinoptylolitu modyfikowanego ditlenkiem manganu. Przemysł chemiczny. 85/7. 2006.
3. Inglezakis V.J. i inni. Equilibrium and kinetic ion exchange studies of Pb(II), Cr(III), Fe(III) and Cu(II) on natural clinoptilolite. Water Research. No. 36, 2002.
4. Erdem E.: The removal of heavy metal cations by natural zeolites. Colloid and  Interface Science. No. 280, 2004.
5. Ćurković L. i inni. Metal ion exchange by natural and modified zeolites. Water Research. No. 31, 1997.
6. Mabel Vaca Mier i inni. Heavy metal removal with Mexican clinoptilolite. Water Research. No. 35, 2001.
7. Kemmer F.: The Nalco water handbook. 2s, USA 1988.
8. Chemistry Date Book by Stark and Wallace. New