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Provati per voi La zeolite
Provati per voi La zeolite
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La prova di questo mese è dedicata alla zeolite o meglio alle zeoliti, dato che ne esistono di diversi tipi; questo minerale ancora poco conosciuto in acquariofilia ma anche in altri campi, ha delle caratteristiche molto interessanti per noi acquariofili e quindi ci è sembrato utile parlarne.La prima zeolite ad essere scoperta è stata la stilbite, nel 1756, ad opera di un minerologo svedese, il quale effettuando uno studio su questo minerale, all'epoca ancora sconosciuto, osservò come, sottoposto a riscaldamento su fiamma dava luogo ad un processo nuovo, noto come intumescenza. Questo processo che si verifica per molte zeoliti, fa si che, sottoposte a riscaldamento danno luogo ad un rapido allontanamento dell'acqua che contengono, tanto rapido da dare come effetto visivo l'impressione che il minerale stesso stia bollendo. Proprio da questo comportamento è stato derivato il nome zeolite, dal greco "zeo" che significa bollire e "lithos" che significa pietra.
Struttura
Le zeoliti sono minerali di origine vulcanica. Sono dotati di una struttura molecolare estremamente regolare, contenente cavità e canali di diametri tali da poter adsorbire molecole e ioni di diversa composizione e dimensione. In questi micropori e' presente solitamente dell'acqua, che può essere allontanata scaldando a temperature dell'ordine di qualche centinaio di gradi centigradi. Possono essere sia naturali che sintetiche; tra queste ultime, in particolare, si riscontrano sia quelle analoghe alle zeoliti naturali che altre che non hanno alcun riscontro in natura. Hanno una struttura costituita da tetraedri del tipo TO4 con T atomo di Silicio o Alluminio, legati tra loro dalla condivisione degli atomi di ossigeno all'apice del tetraedro. Strutture del tipo alluminofosfati o quelle del tipo silicoalluminofosfati non sono propriamente zeoliti ma hanno anch'esse proprietà di setacci molecolari. Le zeoliti possono essere rappresentati mediante la seguente formula empirica che da indicazione del rapporto molare tra silicio e alluminio, della natura del controcatione e della quantità di acqua presente nei pori:
M2/n· Al2O3· x SiO2· y
H2O
con M catione scambiabile di valenza n.
Canali e cavità
La struttura cristallina contiene canali e cavità di dimensione da 3 a 30 Å di diametro, usualmente occupate da acqua; La dimensione dell'apertura di questi canali è determinata dal numero di unità tetraedriche richieste per formare il canale e dalla natura dei cationi che sono presenti.
Sulla base della dimensione dei pori le zeoliti sono comunemente divisi in tre classi: pori piccoli, pori medi, pori grandi. Zeoliti con più di un sistema di pori sono classificati in base alle dimensioni dei pori più grandi. A causa della non planarità le finestre con uguali anelli non sono tutte equivalenti, per cui, per esempio, strutture avente tutte finestre ad anello ottagonale hanno come setacci molecolari comportamenti diversi a causa della distorsione degli anelli.
Proprietà
Struttura cristallina ben definita con un'alta area superficiale interna ( 600 mq/g); Pori uniformi, con una o più dimensione; Buona stabilità termica e capacità ad adsorbire; Alta concentrazione di siti acidi, quando i controcationi sono scambiati con protoni. Queste proprietà fanno si che le zeoliti trovino vasta applicazione nell'industria come: scambiatori di ioni. adsorbenti altamente selettivi, utili per separare sostanze difficilmente separabili con altri metodi, ad esempio gli isomeri; infatti le zeoliti sono noti anche come setacci molecolari (molecolar sieve). catalizzatori con alta attività e selettività per un ampio campo di reazioni. Le zeoliti hanno una concentrazione apprezzabile di siti acidi unita ad un effetto di selettività dimensionale non riscontrabile in catalizzatori amorfi di uguale composizione.
Dopo l'allontanamento dell'acqua che contengono, alcune zeoliti trovano utilizzo in molti processi nell'industria petrolchimica, industria della detergenza, produzione di carburanti, addolcimento di acque dure, eliminazione di inquinanti da liquami, abbattimento di inquinanti atmosferici come gli ossidi di azoto, per separare i componenti dell'aria, nella chimica fine e ovviamente in acquariofilia per la depurazione dell'acqua.
Le zeoliti hanno un'alta capacità adsorbente per la loro grande area superficiale intracristallina e per la forte interazione con l'adsorbito che si viene a creare. Inoltre sono molto selettivi in quanto le molecole sono separate in base alle loro dimensioni e alle relative strutture, e in base alle dimensioni e alla geometria di apertura dei pori e quindi molecole di differente dimensione hanno proprietà diverse di diffusione nello stesso setaccio molecolare. La quantità di liquido adsorbito dipende comunque oltre che dalla natura dell’adsorbito e dal tipo di zeolite anche dalla pressione e dalla temperatura. Ogni variazioni nella composizione chimica della zeolite ha effetto sull’adsorbimento. La maggior parte delle zeoliti, invece per la presenza del catione scambiabile sono adsorbenti polari e le molecole dipolari come H2O o NH3 sono adsorbite in maniera più forte che con specie non polari di peso molecolare comparabile. Alla fine le molecole adsorbite possono essere rimosse per riscaldamento o evacuazione.
Nelle zeoliti la capacità di scambio ionico è data dalla presenza dell'alluminio nella struttura tetraedrica. Mettendo in contatto una data zeolite con una soluzione diluita del sale solubile del catione che si vuole scambiare si verifica la seguente reazione:
AZ + Baq Û BZ + Aaq
Molti di questi scambi avvengono rapidamente, dai 5 ai 30 minuti, a temperature moderate, da 20 in su, alcuni scambi si possono addirittura completare in appena 30 secondi e questo giustifica l'uso della zeolite come componente nei detersivi per l'addolcimento dell'acqua all'inizio del ciclo di lavaggio.
I catalizzatori zeolitici possono essere rigenerati rapidamente attraverso riscaldamento ed evaporazione dell'acqua contenuta all'interno.
Densità assoluta: 2,10 g/cm3
Densità apparente: 0,70 ÷ 1,05 g/cm3
Umidità max: 7 %
Intervallo di stabilità acido-basica: 4 ÷ 8 pH
Temperatura max tollerabile: oltre i 350 °C
Superficie specifica: circa 18000 m2/Kg
Le zeoliti sono minerali di origine vulcanica. Sono dotati di una struttura molecolare estremamente regolare, contenente cavità e canali di diametri tali da poter adsorbire molecole e ioni di diversa composizione e dimensione. In questi micropori e' presente solitamente dell'acqua, che può essere allontanata scaldando a temperature dell'ordine di qualche centinaio di gradi centigradi. Possono essere sia naturali che sintetiche; tra queste ultime, in particolare, si riscontrano sia quelle analoghe alle zeoliti naturali che altre che non hanno alcun riscontro in natura. Hanno una struttura costituita da tetraedri del tipo TO4 con T atomo di Silicio o Alluminio, legati tra loro dalla condivisione degli atomi di ossigeno all'apice del tetraedro. Strutture del tipo alluminofosfati o quelle del tipo silicoalluminofosfati non sono propriamente zeoliti ma hanno anch'esse proprietà di setacci molecolari. Le zeoliti possono essere rappresentati mediante la seguente formula empirica che da indicazione del rapporto molare tra silicio e alluminio, della natura del controcatione e della quantità di acqua presente nei pori:
M2/n· Al2O3· x SiO2· y
H2O
con M catione scambiabile di valenza n.
Canali e cavità
La struttura cristallina contiene canali e cavità di dimensione da 3 a 30 Å di diametro, usualmente occupate da acqua; La dimensione dell'apertura di questi canali è determinata dal numero di unità tetraedriche richieste per formare il canale e dalla natura dei cationi che sono presenti.
Sulla base della dimensione dei pori le zeoliti sono comunemente divisi in tre classi: pori piccoli, pori medi, pori grandi. Zeoliti con più di un sistema di pori sono classificati in base alle dimensioni dei pori più grandi. A causa della non planarità le finestre con uguali anelli non sono tutte equivalenti, per cui, per esempio, strutture avente tutte finestre ad anello ottagonale hanno come setacci molecolari comportamenti diversi a causa della distorsione degli anelli.
Proprietà
Struttura cristallina ben definita con un'alta area superficiale interna ( 600 mq/g); Pori uniformi, con una o più dimensione; Buona stabilità termica e capacità ad adsorbire; Alta concentrazione di siti acidi, quando i controcationi sono scambiati con protoni. Queste proprietà fanno si che le zeoliti trovino vasta applicazione nell'industria come: scambiatori di ioni. adsorbenti altamente selettivi, utili per separare sostanze difficilmente separabili con altri metodi, ad esempio gli isomeri; infatti le zeoliti sono noti anche come setacci molecolari (molecolar sieve). catalizzatori con alta attività e selettività per un ampio campo di reazioni. Le zeoliti hanno una concentrazione apprezzabile di siti acidi unita ad un effetto di selettività dimensionale non riscontrabile in catalizzatori amorfi di uguale composizione.
Dopo l'allontanamento dell'acqua che contengono, alcune zeoliti trovano utilizzo in molti processi nell'industria petrolchimica, industria della detergenza, produzione di carburanti, addolcimento di acque dure, eliminazione di inquinanti da liquami, abbattimento di inquinanti atmosferici come gli ossidi di azoto, per separare i componenti dell'aria, nella chimica fine e ovviamente in acquariofilia per la depurazione dell'acqua.
Le zeoliti hanno un'alta capacità adsorbente per la loro grande area superficiale intracristallina e per la forte interazione con l'adsorbito che si viene a creare. Inoltre sono molto selettivi in quanto le molecole sono separate in base alle loro dimensioni e alle relative strutture, e in base alle dimensioni e alla geometria di apertura dei pori e quindi molecole di differente dimensione hanno proprietà diverse di diffusione nello stesso setaccio molecolare. La quantità di liquido adsorbito dipende comunque oltre che dalla natura dell’adsorbito e dal tipo di zeolite anche dalla pressione e dalla temperatura. Ogni variazioni nella composizione chimica della zeolite ha effetto sull’adsorbimento. La maggior parte delle zeoliti, invece per la presenza del catione scambiabile sono adsorbenti polari e le molecole dipolari come H2O o NH3 sono adsorbite in maniera più forte che con specie non polari di peso molecolare comparabile. Alla fine le molecole adsorbite possono essere rimosse per riscaldamento o evacuazione.
Nelle zeoliti la capacità di scambio ionico è data dalla presenza dell'alluminio nella struttura tetraedrica. Mettendo in contatto una data zeolite con una soluzione diluita del sale solubile del catione che si vuole scambiare si verifica la seguente reazione:
AZ + Baq Û BZ + Aaq
Molti di questi scambi avvengono rapidamente, dai 5 ai 30 minuti, a temperature moderate, da 20 in su, alcuni scambi si possono addirittura completare in appena 30 secondi e questo giustifica l'uso della zeolite come componente nei detersivi per l'addolcimento dell'acqua all'inizio del ciclo di lavaggio.
I catalizzatori zeolitici possono essere rigenerati rapidamente attraverso riscaldamento ed evaporazione dell'acqua contenuta all'interno.
Densità assoluta: 2,10 g/cm3
Densità apparente: 0,70 ÷ 1,05 g/cm3
Umidità max: 7 %
Intervallo di stabilità acido-basica: 4 ÷ 8 pH
Temperatura max tollerabile: oltre i 350 °C
Superficie specifica: circa 18000 m2/Kg
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Diagramma della riduzione del GH nel tempo utilizzando della zeolite.
Il fatto di dover essere sottoposta a frequenti trattamenti di rigenerazione la rende piuttosto scomoda ma visto il costo contenuto può essere considerata come materiale a perdere ed utilizzata con molto profitto negli acquari d'acqua dolce.
Risulta comunque un ottimo materiale di intervento immediato in tutte quelle situazioni in cui sia necessario eliminare sostanze inquinanti che altrimenti richiederebbero forti cambi d'acqua. Ovviamente è necessario risolvere comunque il problema scatenante ma l'uso della zeolite può fornire un discreto margine di tempo per intervenire.
Il fatto di dover essere sottoposta a frequenti trattamenti di rigenerazione la rende piuttosto scomoda ma visto il costo contenuto può essere considerata come materiale a perdere ed utilizzata con molto profitto negli acquari d'acqua dolce.
Risulta comunque un ottimo materiale di intervento immediato in tutte quelle situazioni in cui sia necessario eliminare sostanze inquinanti che altrimenti richiederebbero forti cambi d'acqua. Ovviamente è necessario risolvere comunque il problema scatenante ma l'uso della zeolite può fornire un discreto margine di tempo per intervenire.
Conclusioni
La zeolite è un ottimo minerale in grado di fornire una filtrazione chimica, può essere utilizzata in acquari popolati da pesci che creano un forte carico organico, la capacità di assorbire l'ammonio e gli altri inquinanti è esercitata in un tempo relativamente breve, però purtroppo tale capacità decade in maniera altrettanto rapida; come abbiamo visto, però, è possibile rigenerare la zeolite tramite un riscaldamento che ne faccia evaporare la parte acquosa e l'inquinante ad esso collegata.
Il fatto di dover essere sottoposta a frequenti trattamenti di rigenerazione la rende piuttosto scomoda ma visto il costo contenuto può essere considerata come materiale a perdere ed utilizzata con molto profitto negli acquari d'acqua dolce.
Oltre ad influire su gli inquinanti organici la zeolite è in grado di diminuire drasticamente ed in tempi veramente brevi la durezza dell'acqua, quindi è sconsigliato utilizzarla in tutti quegli acquari che hanno valori di GH e KH alti, cioè acquari marini e dedicati ai laghi africani.
Risulta comunque un ottimo materiale di intervento immediato in tutte quelle situazioni in cui sia necessario eliminare sostanze inquinanti che altrimenti richiederebbero forti cambi d'acqua. Ovviamente è necessario risolvere comunque il problema scatenante ma l'uso della zeolite può fornire un discreto margine di tempo per intervenire
La zeolite è un ottimo minerale in grado di fornire una filtrazione chimica, può essere utilizzata in acquari popolati da pesci che creano un forte carico organico, la capacità di assorbire l'ammonio e gli altri inquinanti è esercitata in un tempo relativamente breve, però purtroppo tale capacità decade in maniera altrettanto rapida; come abbiamo visto, però, è possibile rigenerare la zeolite tramite un riscaldamento che ne faccia evaporare la parte acquosa e l'inquinante ad esso collegata.
Il fatto di dover essere sottoposta a frequenti trattamenti di rigenerazione la rende piuttosto scomoda ma visto il costo contenuto può essere considerata come materiale a perdere ed utilizzata con molto profitto negli acquari d'acqua dolce.
Oltre ad influire su gli inquinanti organici la zeolite è in grado di diminuire drasticamente ed in tempi veramente brevi la durezza dell'acqua, quindi è sconsigliato utilizzarla in tutti quegli acquari che hanno valori di GH e KH alti, cioè acquari marini e dedicati ai laghi africani.
Risulta comunque un ottimo materiale di intervento immediato in tutte quelle situazioni in cui sia necessario eliminare sostanze inquinanti che altrimenti richiederebbero forti cambi d'acqua. Ovviamente è necessario risolvere comunque il problema scatenante ma l'uso della zeolite può fornire un discreto margine di tempo per intervenire
Foto spot
