Las Zeolitas
Zeolitas son minerales volcánicos naturales con un gran numero de características que lo hacen único. Las zeolitas se forman cuando la ceniza volcánica se deposito en lagos antiguos alcalinos. La interacción de la ceniza volcánica con las sales del agua de los lagos produjo la alteración de la ceniza produciendo distinto tipo de materiales de zeolita.
En 1756, el minerologo sueco Axel Fredrick Cronstedt descubrió que la estibita, un mineral natural, perdía el agua al calentarse de manera visible, y llamo esta clase de materiales como zeolitas por el nombre griego clásico que significa «ebullición piedras». Las zeolitas, stilbite. Zeolitas se consideraron un grupo extraño de minerales de propiedades únicas durante mas de 200 años; Cronstedt fue recordado por ser el primero en descubrir el elemento Níquel.
Las zeolitas tienen una estructura cristalina inusual y una habilidad extraordinaria de intercambiar iones. En su estructura existe una gran cantidad de canales. Estos canales son normalmente de diámetros entre 0.5 a 0.7 nm, esto es solo un poco mas grandes que el diámetro de las moléculas de agua. Esta propiedad se denomina micro-porosidad. Además de esto existe un numero de poros mas grandes, denominado meso-porosidad.
Los iones positivos están presentes en estos canales, que pueden ser intercambiados por otros iones.
La sustitución de iones permite la absorción de ciertos elementos contaminantes del suelo, agua y aire. Por ejemplo, se puede utilizar la zeolita para la extracción de calcio en agua dura. Las zeolitas intercambian los iones de sodio por iones de calcio, produciendo agua blanda. Las zeolitas además tienen una gran afinidad por ciertos metales pesados dañinos como el plomo, níquel y zinc.
En los poros de zeolita se pueden retener partículas en suspensión o coloidales. En estos poros moléculas orgánicas disueltas son igualmente adsorbidas.
Considerando todas estas propiedades y habilidades, las zeolitas tiene una infinidad de aplicaciones comerciales y ambientales. Por ejemplo, se puede utilizar las zeolitas en sitios industriales o de disposición de residuos, para evitar la liberación de contaminantes en el medio ambiente.
Aplicaciones de las Zeolitas
Las zeolitas naturales son un medio filtrante nuevo y muy bueno disponible para la filtración del agua. Ofrece un funcionamiento superior a los filtros de arena y carbón, con una calidad mas pura y mayores tasas de rendimiento sin necesidad de altos requisitos de mantenimiento. Tiene muchas ventajas sobre la arena y puede ser directamente reemplazado por la arena en un filtro normal de arena.
Existen tres uso de zeolitas en industria: catálisis, separación de gas e intercambiador de iones.
- Catálisis: Zeolitas son extremadamente útiles como catalizadores para muchas reacciones importantes con moléculas orgánicas. Las mas importantes son craqueo, isomerización y síntesis de hidrocarbonos. Las zeolitas pueden promover una seria de reacciones catalíticas incluyendo acido-base y reacciones de metal inducido. Las zeolitas también pueden ser catalizadores de ácidos y pueden usarse como soporte para metales activos o reactivos.Las zeolitas pueden ser catalizadores selectivos en cuanto a la forma, tanto por la selectividad del estado de transición o por exclusión de reactivos competidores en base al diámetro de la molécula. También se han utilizado como catalizadores de oxidación. Las reacciones tienen lugar dentro de los poros de la zeolita, que permite un mayor grado de control del producto.
La principal aplicación industrial son: refinamiento del petróleo, producción de fuel e industria petroquímica. Las zeolitas sintéticas son los catalizadores mas importantes en las refinerías petroquímicas.
- Absorción: Las zeolitas se usan para la absorción de una gran variedad de materiales. Esto incluye aplicaciones en secado, purificacion y separación. Pueden remover agua a presiones parciales muy bajas y son unos desinfectantes muy efectivos, con capacidad de mas de un 25% en peso con agua. Pueden extraer químicos orgánicos volátiles de las corrientes de aire, separar isomeros y mezclar gases.Una propiedad de las zeolitas es su capacidad para la separación de gases. La estructura porosa de las zeolitas puede utilizarse como «tamiz» para moléculas con un cierto tamaño permitiendo su entrada en los poros. Esta propiedad puede cambiarse variando la estructura y así cambiando el tamaño y el numero de cationes alrededor de los poros.
Otras aplicaciones que pueden tener lugar dentro del poro incluye la polimerización de materiales semi conductores y polímetros conductores para producir materiales con propiedades físico y eléctricas extraordinarias.
- Intercambio de iones: Cationes hidratados dentro de los poros de la zeolita están unidos débilmente y preparados para intercambiarse con otros cationes cuando se encuentran en un medio acuoso. Esta propiedad permiten su aplicación como ablandadores de agua, y el uso de zeolitas en detergentes y jabones. Los mayores volúmenes de uso de zeolitas es en la formulación de detergentes donde se reemplazan fosfatos como agentes ablandadores del agua. Esto se realiza mediante el intercambio de sodio en la zeolita por Calcio y Magnesio presente en el agua. Es incluso posible remover iones reactivos del agua contaminada.
