Zeoliet

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Zeoliet
De kanalenstructuur op moleculair niveau van een zeoliet, ZSM-5

Zeolieten zijn mineralen die behoren tot de tectosilicaten. Natuurlijke zeolieten kunnen veel water bevatten. Bij verhitting kookt dit water eruit, vandaar de naam "zeoliet", van het Griekse "zein", koken, en "lithos", steen. Er bestaan ongeveer een vijftigtal natuurlijke zeolieten en meer dan honderd kunstmatige zeolieten. Veel voorkomende natuurlijke zeolieten zijn natroliet, heulandiet en stilbiet.

Kunstmatige zeolieten worden onder andere gebruikt in wasmiddelen en katalyse. Natuurlijke zeolieten zijn goedkoper dan synthetische zeolieten maar ongeschikt voor hoogwaardige toepassingen omdat ze onzuiverheden bevatten. Natuurlijke zeolieten worden onder andere gebruikt als absorptiemateriaal in kattenbakvulling.

Eigenschappen[bewerken]

Een zeoliet is opgebouwd uit silicium-, aluminium- en zuurstofatomen. Deze atomen vormen tetraëders, die op hun beurt weer kooien kunnen vormen. Hierdoor krijgt de zeoliet een zeer poreuze structuur. De structuur van een zeoliet is echter wel zeer regelmatig en de aaneengeschakelde kooien vormen een soort kanalen. Deze kanalen kunnen worden gezien als gangen en liftschachten in een flatgebouw. In de kooien kunnen kleine moleculen (zoals water) en ionen zitten. De ionen zijn vaak nodig om de negatief geladen structuur van Si, Al en O te compenseren. Verhitting van het zeoliet op hoge temperatuur kan ervoor zorgen dat de structuur in elkaar klapt. Verdere verhitting van dit amorfe materiaal kan voor nucleatie van een nieuwe keramische fase zorgen.

Soorten natuurlijke zeolieten[bewerken]

Industriële toepassingen[bewerken]

Zeolieten worden onder meer gebruikt in wasmiddel als ionenwisselaar voor het ontharden van water. Ook als katalysatoren worden zeolieten veel toegepast, zoals bij het kraken van olie.

Zeolieten als moleculaire zeef[bewerken]

Ieder zeoliet heeft een verschillende kanalenstructuur, waarbij de afmeting, vorm en mate van rechtheid verschillen. Vaak zijn er kanalen in twee dimensies die een regelmatig netwerk vormen.

De kanalen van zeolieten hebben de grootte van atomen of moleculen, en deze eigenschap maakt ze geschikt als "moleculaire zeef". Een zeoliet met smalle kanalen kan bijvoorbeeld waterstof van stikstof scheiden, en een zeoliet met wat grotere kanalen scheidt normaal-alkaan van iso-alkaan.

Zeolieten als ionenwisselaar[bewerken]

Zeolieten zijn te beschouwen als een zout. Hierbij zijn de ionen die in de structuur zitten (K, Na of Ca) het positieve metaalion. De zeolitische kristalstructuur werkt als het negatieve tegenion. De metaalionen kunnen worden verwisseld voor andere ionen. Deze eigenschap is te gebruiken bij bijvoorbeeld het verminderen van de waterhardheid:

Na-Zeoliet + 1/2 Ca2+ → Na+ + Ca-Zeoliet

Zeolieten als katalysator[bewerken]

Zeolieten kunnen omgezet worden in hun zure vorm. Eerst past men ionenwisseling met ammonium-chloride toe:

Na-Zeoliet + NH4+ → Na+ + NH4-Zeoliet

Verhitten geeft dan:

NH4-Zeoliet → H-Zeoliet + NH3

Dit H-Zeoliet is een vast zuur, met een enorm binnenoppervlak in de kanalen, vaak honderden m2 per gram zeoliet. Op een temperatuur van enige honderden graden Celsius is het dermate zuur dat het alkanen kan activeren. Deze eigenschap kan gebruikt worden voor het omleggen, verbreken en vormen van allerlei koolstof-koolstof verbindingen, bijvoorbeeld in isomerisaties en alkylaties

Zeolieten bij 'cracking'[bewerken]

Zeolieten kunnen gebruikt worden als 'mals' bij bewerking van ruwe aardolie. Deze wordt door het zeoliet geleid, die de aardolie een bepaalde vorm geeft zodanig dat deze gemakkelijker gekraakt kan worden.

Zeoliet gebruiken in vijver/water[bewerken]

Als er in vijver/water te veel ammoniak(NH3) wordt gemeten kan er natuurlijk zeoliet worden ingezet. Een te hoog ammoniak gehalte is immers schadelijk voor al het levende organisme. Zeoliet heeft als eigenschap om ammoniak goed te absorberen. Elke gram zeoliet kan circa 2 mg ammonia absorberen.

Toxicologie[bewerken]

Zeolieten, met name van natuurlijke oorsprong, kunnen vervuild zijn met asbestachtige stoffen en op die manier een gevaar vormen voor de mensen die er mee in aanraking komen.

Externe link[bewerken]