Цеолиты как ионообменники для защиты окружающей среды.
Ионообменные свойства используются для следующих целей:
а) Извлечение NH4+ из муниципальных и технических вод.
Извлечение аммония и фосфора из сточных вод. Использовался клиноптилолитовый туф из Калифорнии (фирма Анаконда). Селективный ионный обмен – процедура наиболее выгодная для извлечения аммония. Используемые для этой цели синтетические смолы не избирательны для аммония и очень дороги. Са и Na формы клиноптилолита имеют высокую избирательность по отношению аммонию.
Имеется проект на извлечение аммония и фосфатных ионов.
б) Извлечение тяжелых металлов из технических вод.
Извлечение свинца. В качестве материала для загрузки фильтра была использована пыль филлипсит-шабазитового состава.
Хром. Для извлечения хрома (Cr3+) были испытаны следующие цеолиты: филлипсит, шабазит, клиноптилолит, морденит и фейерит.
Кадмий. Для извлечения кадмия использовался натриевый шабазит.
Кислые рудничные воды. Для очистки были использованы рудничные воды следующего состава:
2<рН<3. Металлы: Аl, Ca, Cd, Co , Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Zn.
Для очистки необходим длительный временной контакт при пропускании через двухслойную конструкцию.
Способность клиноптилолитового туфа извлекать катионы металлов, обычно присутствующих в кислых дренажных водах.
Извлечение тяжелых металлов. Сравнение адсорбционных свойств клиноптилолита, шабазита и активированного угля показало, что клиноптилолит проявляет наиболее высокую избирательность к цезию.
в) Извлечение радионуклидов из сточных вод атомных электростанций.
Очистка радиоактивных растворов основана на использовании цеолитов как катионообменников.
Клиноптилолит и морденит используются для улавливания долгоживущих изотопов цезия и стронция. Морденит улавливает до 98% 147Сs. Имеется и другой метод хранения радиоактивных изотопов, основанный на их селективном извлечении при ионном обмене с последующей сушкой и дегидратацией изотопсодержащих цеолитов. Дегидратированные цеолиты, содержащие радиоактивные изотопы, запаивают в контейнеры, предназначенные для захоронения.
Как стало известно из сообщения компании-оператора аварийной японской АЭС «Фукусима-1» TEPCO, в дренажную систему на втором и третьем энергоблоке сбрасывали мешки с цеолитом. Такие же меры предпринимали и в море, что находится в непосредственной близости от поврежденной АЭС.
В дренажную систему АЭС «Фукусима-1» на втором и третьем энергоблоке сбрасывали мешки с цеолитом
Цеолит впитает радиацию с АЭС «Фукусима-1»
г) Использование цеолита для разделеления и улавливания газов.
Для извлечения SО2 клиноптилолит активизировался раствором соляной кислоты. В Японии клиноптилолитовый туф используется для улавливания SO2 из газов сернокислотных заводов, производящих серную кислоту при обжиге сульфидов.
д) Цеолиты как катализаторы (нефтехимия и др.).
Природные цеолиты могут быть использованы при катализе если присутствующие примеси не ухудшают каталитические свойства и если каталитически активные центры могут быть созданы в цеолите без активации других компонентов. Каталитическая активность пропорциональна содержанию цеолита. Клиноптилолит является единственным цеолитом на котором при гидратации ацетилена не происходит образование кислых центров, которые не желательны при каталитических превращениях.
Извлечение бензола наиболее полно протекает при модификации клиноптилолитового туфа тетраметиламмонием C4H12N+.
Фильтрация воды
Областью применения природного цеолита могут быть все станции водоочистки, имеющие в своем составе фильтровальные сооружения. Природный цеолит может использоваться вместо кварцевого песка и других фильтрующих материалов, как при проектировании новых очистных сооружений, так и при реконструкции существующих станций водоподготовки. Конструктивное решение фильтров принимается с учетом производительности сооружений, местных условий, качества воды источника и т.д. Использование фильтровальных сооружений с загрузкой природного цеолита в технологических процессах кондиционирования природных вод (взамен традиционных применяемых для этих целей фильтрующих материалов) позволяет:
улучшить технологические параметры процесса фильтрования на скорых фильтрах;
интенсифицировать работу сооружений за счет увеличения скорости фильтрования и продолжительности фильтроцикла на 20 – 50 %;
сократить расход воды на промывку фильтров на 10–13 % за счет увеличения грязеемкости фильтрующего слоя и увеличения цикла фильтрования;
улучшить качество очищенной воды по основным органолептическим, физико-химическим и биологическим показателям;
значительно интенсифицировать процессы коагуляционной обработки воды контактным методом в толще фильтрующей загрузки и улучшить качество воды по соединениям алюминия после коагулирования ее в отстойниках;
обеспечить фильтровальным сооружениям барьерную роль при локальном загрязнении водоисточника некоторыми специфическими ингредиентами: ионами, катионами тяжелых металлов, радионуклидами и др.;
создать эффективные технологии очистки подземных вод от соединений железа с учетом его исходных концентраций (от 0,5 до 20 мг/л) и форм нахождения в водоисточнике;
вводить в технологии очистки воды от трудноудаляемых компонентов (например, марганца, фтора и т.п.) процессы модификации фильтрующего слоя, получая при этом высокоэффективные композиты направленного действия.
Бытовой фильтр для воды имеет три ступени очистки.
Бумажное производство
В Японии используется как добавка к глинистому наполнителю. В результате добавления цеолита получается воздухопроницаемая бумага, способная сорбировать запахи. Для этой цели используются клиноптилолитовый туф. Если клиноптилолит имеет белую окраску, то он широко используется для получения оберточной пищевой бумаги.
Сельское хозяйство
Цеолитовый туф как восстановитель почвы. Применение цеолитизированного туфа для защиты и улучшения почвенных ресурсов – фундаментальная часть глобальной экосистемы. Цеолиты используются в аквакультуре, в зоотехническом секторе, в гидропонике. Для экосистемы важен контроль за содержанием азота и тяжелых металлов. Один из важнейших аспектов – взаимодействие между цеолитовой матрицей и почвой. Применение цеолитизированного туфа для поддержания жизни почвы. Цеолитизированные туфы влияют на почвы через следующие параметры: катионообменную емкость, пористость и способность удерживать влагу.
Катионообменная емкость как наиболее важное свойство почв. Действительно, почвы могут снабжать растения NH4+, K+, Ca2+, Mg2+. При этом мы должны учитывать, что почвенные катионообменники являются органо-минеральными комплексами, которые включают как глинистые минералы, так и гумусовое вещество. Благодаря этому, почвы адсорбируют и сохраняют огромное количество воды.
Природный цеолит сохраняет влагу в почве, удерживая её длительное время и снабжая ею растения медленно и постоянно.
Окультуривание песчаных и супесчаных почв затрудняется во многом из-за слабой поглотительной способности почвенного комплекса. Применение природных сорбентов-цеолитов может стать одним из приемов повышения их плодородия.
Природные цеолиты в животноводстве
Для подкормки животным используются цеолиты, выдержанные в растворе НСl (рН 1,5), соответствующем кислотности желудка. Выдержка 10, 20, 30, 60 и 120 мин. Цеолит отделяется от раствора центрифугированием с последующей промывкой дистиллированной водой. Полученное удобрение содержит азот, калий и фосфор органического происхождения.
Природные цеолиты в строительной индустрии
Основные направления использования: молотый цеолит вводится в цемент для улучшения его свойств и для создания среды порообразования.
Благодаря использованию цеолита – превосходного природного ионообменника, позволяющего совместить процессы абсорбции и фильтрации, плиты Knauf Cleaneo Akustik кроме своих звукоизоляционных качеств способны проявлять хороши показатели по фильтрации запахов.
Монтаж панелей Knauf Cleaneo Akustik на стены или потолок позволяет создать непрерывное бесшовное звукопоглощающее покрытие. Плиты Knauf Cleaneo Akustik применяются для коррекции акустики студий звукозаписи, концертных залов, кинотеатров и прочих специализированных помещений. Плиты Knauf Cleaneo Akustik эффективно корректируют акустическую среду помещения на низких частотах.
Акустический потолок KNAUF
Природные цеолиты в медицине и парфюмерной промышленности
Одним из цеолитсодержащих туфов является клиноптилолитовый туф, который может быть применен в качестве носителя лекарственного вещества при энтеральном приеме в виде порошков или таблеток. Он предотвращает преждевременное выведение лекарственного препарата и увеличивает его длительность действия. Одним из лекарственных препаратов, представляющих интерес, благодаря его действию на организм, является витамин Е (α-токоферол), который улучшает циркуляцию крови, укрепляет стенки капилляров. В качестве антиоксиданта защищает клетки от повреждения, замедляя окисление липидов (жиров) и формирование свободных радикалов.
Природный цеолит сорбент или ионообменник обладает строго калиброванным размером пор (около 4 ангстрем). Из этого следует, что он способен проявлять сорбционные свойства только по отношению к ионам макро- и микроэлементов и соединениям с небольшими размерами (метан, сероводород, аммиак и др.), не вступая в прямое взаимодействие с витаминами, аминокислотами, белками и другими сложными органическими соединениями. Таким образом, в отличие от многих обычных сорбентов, время использования которых классически не должно превышать 2-х недель, цеолиты можно использовать длительное время, поскольку он не сорбирует (не выводит) из организма полезные вещества (витамины, аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты). Цеолит просто не может их сорбировать из-за малого размера своих пор.
Структура природного цеолита
В силу своих природных свойств цеолит в маске биобьюти (и некоторых лекарствах) используется как активный элемент для выведения из кожи и организма в целом шлаков, токсичных газов, отравляющих веществ, химических элементов не дружественных нашей коже, отработок метаболизма самих клеток, а в обмен (ионообменник) привносит в кожу то, чем обогащен сам. Более того время применения не ограничено и применять можно в любом возрасте.