Ceolitas

Ceolitas – mineralas, priskiriamas karkasinės sandaros šarminių arba žemės šarminių metalų aliumosilikatų hidratams.
Pagal struktūrą priklauso karkasinių grupei. Juose tetraedrai susijungę visomis keturiomis viršūnėmis, suformuodami begalinį, trimatį karkasą, su jame esančiomis tuštumomis. Ceolitų 50 % tūrio sudaro ertmės, tuštumos ir kanalai. Juose patalpinti dideli katijonai (Ca, Na, K), kurie gali keistis katijonais su supančiu tirpalu.
Daugelio ceolitų erdvės yra susijungusios į ilgos ir plačios formos kanalus ir kinta atsižvelgiant į mineralų formą. Šie kanalai (2,8 iki 8,0 angstremų) leidžia lengvai judėti būdingiems jonams ir molekulėms į struktūrą ir iš jos. Todėl į juos gali laisvai patekti vandens bei kitos polinės molekulės tokios, kaip NH₃, SO₂, H₂S, CO₂, ir panašiai. Ceolitai savo struktūroje gali turėti vandens, kuris yra pašalinamas kaitinant, tačiau pati struktūra lieka nepakitus.
Ne visus gamtinius ceolitus pavyksta susintetinti laboratorijoje, o tuo pačiu, ne visi sintetiniai ceolitai turi analogų gamtoje. Pradinė žaliava susidarant ceolitams dažniausiai būna nestabilios ir pusiau kristalinės medžiagos, kurias plačiame temperatūrų intervale veikia šarminiai tirpalai, gruntiniai vandenys. Gamtoje tokios medžiagos yra vulkaniniai stiklai ir pelenai, nestabilios SiO₂ formos, smulkių priešistorinių gyvūnų ir augalų liekanos. Tokios medžiagos gerai tirpsta šarminiuose tirpaluose. Šie procesai gamtoje vyksta esant aukštoms temperatūroms ir slėgiams per tūkstančius metų. Tuo tarpu sintetinant ceolitą nereikia aukštų temperatūrų, sutrumpėja gamybos trukmė ir gaunamas vienos rūšies ir net vienodo kristalų dydžio ceolitas.

Naudojimas

Gamtiniai ceolitai mažai kur naudojami, nes jie paprastai būna užteršti pašaliniais mineralais, be to, sunku paruošti reikiamo dydžio adsorbento grūdelius, o porų skersmens ceolite jau neįmanoma reguliuoti. Didžiausia šių mineralų pramoninė kasyba išplėtota Japonijoje, JAV, Islandijoje, Naujojoje Zelandijoje, Turkijoje, Gruzijoje, Azerbaidžane.
Dėl specifinės struktūros ceolitai turi nemažai naudingų savybių: absorbcinių – efektyviai absorbuoja įvairias medžiagas iš dujų mišinių ir tirpalų; molekulinių sietų – sorbuoja tik atitinkamo dydžio molekules; katijoninių – silpnai prijungti katijonai vidiniuose porų ir atvirų kanalų paviršiuose gali būti pakeičiami kitais katijonais; katalitinių – kristalinės gardelės porose esančių molekulių aktyvacijos energija kai kuriose reakcijose sumažėja.
Ceolitai ekologiškai švari, inertinė ir netoksiška medžiaga, pilnai tinkama naudoti daugelyje pramonės, žemės ūkio, buities, gamtosaugos sričių, ekologinių katastrofų pasekmių šalinimui ir kitur. Vieni jų reikiamą struktūrą įgauna tik iškaitinti aukštoje temperatūroje, o kiti naudingų savybių turi iš prigimties. Unikali ceolitų savybė – atsparumas aukštoms temperatūroms, agresyvioms terpėms, jonizuojančio spinduliavimo poveikiui, selektyvumas šarminių, žemės šarminių ir kai kurių sunkiųjų metalų stambiems katijonams.
Viena iš pagrindinių ceolitų pritaikymo sričių yra adsorbcija. Ceolitus, kaip adsorbentus naudoja šiose srityse: pradinių reagentų skirtų reakcijoms vykdyti, produktų separacijai, kaip koncentravimo agentas reakcijos procesuose.
Dar ceolitai yra naudojami tikslinėje organinėje sintezėje, baltymų sintezėje, kaip vandens tiekėjas į reakcijos terpę. Be to labai plati ceolitų panaudojimo sritis yra katalizė, čia ceolitas gali vykdyti tik adsorbento vaidmenį, o gali ir dažniausiai būna katalizatoriumi.
Ceolitai jonų mainuose daugiausia taikomi šiose srityse: vandens minkštinimui, amoniako šalinimui iš nutekamųjų vandenų, bei radioaktyvių izotopų koncentravimui. Tarptautinė ekologinės žemdirbystės federacija savo standartuose ceolitus dirvožemio savybėms gerinti, tręšti, substratų gamybai ir kovai su piktžolėmis leidžia vartoti be jokių apribojimų.