Цеолит природный что это применение

Цеолит для очистки воды: что это такое и где он применяется – характеристики минерала, свойства и сфера применения

Уделим внимание естественному и вполне эффективному сорбенту, помогающему повысить качество жидкости, употребляемой в пищевых целях. Подробно рассмотрим цеолит: что это такое, применение, характеристики, полезные свойства, особенности – пройдемся по всем важным моментам его использования, чтобы вы понимали, насколько он актуален.

Немного забегая вперед, отметим, что к сегодняшнему дню его научились синтезировать, выращивая кристаллы нужной, то есть геометрически правильной формы – со структурой в виде тетраэдра и полостями одинаковых размеров, заполненные молекулами H2O и катионами щелочноземельных металлов. Учитывая его огромную актуальность, искусственное получение стало настоящей находкой и позволило начать комплексные разработки широкой группы лекарственных препаратов и всевозможных очистительных средств.

Цеолит природный: что это такое

Это минерал, а, точнее, их группа – каркасные алюмосиликаты, происхождение которых осадочно-вулканическое. По сути, является затвердевшей минерально-лавовой смесью, кристаллизовавшейся после попадания в соленую воду, морскую или океаническую.

Если составлять его внешнее описание, то в виде агломерата он похож на очень плотную глину, но белую или бесцветную, с перламутровым или стеклянным блеском. Реже он коричневато-красный, с зелено-синими вкраплениями.

Его химический состав таков:

Именно последние, несмотря на свою малую долю и определяют тип, а значит и название минерала. Благодаря им выделяют гейландит, эрионит, филлипсит, ломонит, феррьерит и, наиболее важные для современной науки, морденит и клиноптилолит.

Отдельно скажем о синтезированном цеолите: искусственным путем сегодня можно получить около 150 его разновидностей. Разница между ними – в размере пор и компонентах. У каждого из них есть основной металл, который записывается первым, и решетка определенной структуры (наиболее актуальные – А и Х). Поэтому можно часто встретить названия вроде NaX или CaA.

Также есть высококремнеземные алюмосиликаты, считающиеся особенно ценными за счет совершенно уникальных каталитических и адсорбционных показателей. Лучший и наиболее дорогой тип – ZSM.

Как обнаружили камень

Еще в XVIII веке его открыл Аксель Кронстедт: шведский химик ставил эксперименты по нагреванию стильбита и заметил, что поверхность опытных образцов начала вздуваться и пузыриться. Заинтересовавшись, ученый эмпирическим путем нашел и другие алюмосиликаты со схожими свойствами. Их семейство и получило имя «цеолиты», составленное из двух древнегреческих слов: «кипеть» – «zeo» и «камень» – «lithos».

После чего более 150 лет находка имела исключительно теоретическую ценность, потому что исследовали не знали, как с толком использовать ее на практике. Ситуация изменилась в начале XX века, когда за счет высокой поглотительной способности камня стали удалять тяжелые металлы, масла и нитраты из нефтепродуктов. Позже сорбирующий эффект взяли на вооружение при очистке питьевых жидкостей.

Новый виток популярности обеспечило такое печальное событие, как авария на Чернобыльской АЭС. Ученые под руководством Богатова Василия Ивановича разработали простое, но действенное средство борьбы с лучевой болезнью: они смешали порошок цеолита с водой и поили этим раствором ликвидаторов. Позже на основе этой «болтушки» сделали препарат «Литовит», который отлично выводил радиоактивные стронций и цезий из организма.

Параллельно с этим сокирнит использовали в бассейне Днепра и Припяти для обеззараживания стоков, а также внедряли в растение- и овощеводство – «подкармливали» им подрастающие семена с целью улучшения их всхожести. Начались эксперименты даже в области косметологии – сорбент пригодился для вытяжки вредных веществ из кожи лица и тела, с ним принялись делать безопасные для здоровья человека маски. И, конечно, фильтрация потока, забираемого из центральной системы водоснабжения – это классика использования данных алюмосиликатов.

Чем хорош цеолит: свойства минерала

За счет уникальной каркасной структуры, рыхловатой, но прочной, и особого химического состава он обладает следующими характеристиками, полезными и важными:

Источник

Применение цеолита

Цеолит – природный минерал с уникальными очистительными свойствами. Его эффективность выше, чем у активированного угля. Благодаря своей высокопористой структуре горная порода способна оказывать адсорбирующие и дезодорирующие функции. Поэтому цеолит применение нашел во многих отраслях деятельности человека.

Цементная промышленность

Цеолит способен улучшать характеристики цемента, при его добавлении в смесь. Есть разные способы его применения:

Благодаря использованию цеолита при изготовлении цемента срок схватывания сокращается. Процесс начинается уже через 1,5 часа, а заканчивается спустя три часа. При этом, повышается удельная поверхность до 1900 м 2 /т, а сама марка цемента на 30-40 единиц.

Чтобы изготовить высокопрочный бетон, используют цементно-цеолитную смесь в соотношении 19:1 – 6:1. Согласно данным Горного бюро США сопротивляемость становится больше, нежели у портландцемента.

В земледелии

Применение цеолита позволяет аэрировать грунт, что дает толчок для развития корневой системы. При этом, в этой зоне удерживается порядка 40-70% жидкости от всего веса растения. Выступает резервуаром для удобрений: нитрат, фосфаты, калий, питательные вещества. Цеолит захватывает их и оставляет в себе до тех пор, пока корни не найдут их. Азот, который находится в составе минерала, не растворяется в воде. Его также не может вымыть дождь в течение долгого периода.

Благодаря этому цеолит позволяет сэкономить расход удобрений. При этом, он повышает их усвояемость на 20-40%. Согласно исследованиям, если не применять минерал, то азот будет вымываться из корневой системы на 35% больше. Кроме того, он способен загрязнить грунтовые воды вредными веществами. Цеолит позволяет не допустить этого.

Применение минерала дает следующие результаты:

Подготовка почвы в теплице

Применение цеолита в теплицах позволяет дополнительно питать корневую систему растений. При этом, она становится более устойчивой к гниению и прочной. Минеральные вещества поступают в растения постепенно.

Использование цеолита в теплицах дает следующие результаты:

На песчаном и супесчаном грунте горная порода повысит влагоемкость почвы. При добавлении минеральных удобрений вместе с цеолитом начинают концентрироваться в минерале, не вымываясь из грунта.

Животноводство

Цеолит природный применение нашел и в сфере животноводства. Его применяют в виде кормовой минеральной добавки. Она позволяет укрепить иммунитет, нормализировать обмен веществ, провести профилактику ЖКТ. Минер дает возможность сделать потомство более здоровым. Шерсть становится блестящей, животное лучше растет и набирает силу. При этом, восстанавливаются защитные способности организма.

Минерал позволяет повысить ряд показателей:

Согласно исследованиям замечено, что цеолит стабилизирует пищевые процессы у молодняка, повышает общую кислотность. Также замечено, что кости становятся более плотными.

Птицеводство

Как и в сфере животноводства, цеолит применяется и в птицеводстве. Его используют как кормовую добавку, вводя в питание птиц. Это позволяет увеличить продуктивность и плодовитость пернатых, снизить риски развития болезней и уменьшить расходы на корм. Также обеспечивает вывод токсичных веществ из пищи.

Когда такие подкормки проходят по ЖКТ птиц запускаются механохимические реакции, регулирующие баланс соли в организме. Благодаря им из него выводится избыточное количество веществ, включающих токсичные. При этом, он пополняется химическими элементами, которых не хватает. За счет этого происходит повышение яйценоскости птицы, прирост живой массы. Средний вес яиц также увеличивается, а скорлупа становится более крепкой. С помощью кормовой добавки с цеолитом повышается качество продукции. Одновременно с этим снижаются расходы на корм.

Цеолит делает прохождение пищи по ЖКТ медленнее. Это обеспечивает улучшение усваиваемости питательных веществ, что особенно необходимо водоплавающим гусям и уткам. У них относительно короткий кишечник, а потому и усвояемость корма более низкая. При этом они потребляют много жидкости, что также понижает всасывание питательных элементов. Цеолит выступает гидротатором, благодаря чему происходит увеличение срока пищеварения.

В данной отрасли он дает следующие результаты:

Натуральные цеолиты стоит использовать в дозировке 3-5%, чтобы повысить эффективность усвояемости питательных элементов, сохранить поголовье и повысить качество продукции.

Дезодоратор в животноводческом помещении

Развод скота и птиц приводит к образованию сильного неприятного запаха Применение природного цеолита в загонах и пометохранилищах позволяет избавиться от него. В таблице представлена информация о влиянии разного количества цеолита на адсорбцию углеводорода и аммиака.

Таблица. Влияние разного количества цеолита на поглощение углеводорода и аммиака

Источник

Цеолит природный что это применение

Доказано, что независимо от причины, обуславливающей ускорение постоянно протекающего внутрисосудистого свертывания, основным его разрешающим фактором служит избыточное образование тромбина – сериновой протеазы, вызывающей коагуляционные превращения фибриногена, активацию клеток крови и плазменных ферментных систем. Усилия гемостазиологов до настоящего времени в большей степени были направлены на борьбу с последствиями усиленного тромбиногенеза – в клинической практике широко используются различные формы гепарина, обладающие прямым антикоагулянтным эффектом, и ингибиторы синтеза витамин К-зависимых факторов свертывания [1]. Лечебное применение известных антикоагулянтов в целях профилактики ограничено необходимостью их парэнтерального введения (гепарин), их кумулятивными свойствами (антивитамины К), необходимостью постоянного контроля за гемокоагуляцией, и, наконец, возможностью развития тромбоцитопении и гиперагрегабельности тромбоцитов. В многочисленных исследованиях, проведенных за последние десятилетия, была показана возможность снижения угрозы тромбообразования с помощью неспецифических воздействий, в частности, синтетическими и природными антиоксидантами. Профилактическое использование антиоксидантов ограничивает чрезмерное ускорение непрерывно протекающего свертывания крови до степени, которая может рассматриваться в условиях эксперимента и клиники как синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС) крови. К субстанциям, антиоксидантные свойства которых доказаны, относятся и цеолиты – природные модуляторы селективных энтеро-доноро-сорбентных взаимодействий между их собственной минеральной структурой и сложным биохимическим конвейером желудочно-кишечного тракта. Антиоксидантная активность цеолитов обусловлена способностью улавливать свободные радикалы [8].

В связи с этим целью данной работы стала интегральная оценка влияния цеолитов на свертывающую способность крови, точнее состояние сосудистого компонента гемостаза.

Материалы и методы: В эксперименте были использованы нелинейные белые крысы 3,5-месячного возраста, массой тела 180-220 г. Выбор животных был обусловлен:

1. Для крыс разработан и многократно апробирован оптимальный рацион питания, сбалансированный по важнейшим пищевым компонентам [4]

2. У крыс удобно отбирать пробы крови из яремной вены в количестве (до 4 мл на 100 г/ массы тела), достаточном для определения всех исследуемых показателей, не нарушая при этом гемостазиологических требований [2].

3. Изучение состояния гемостаза под влиянием разнообразных воздействий проводится в подавляющем большинстве случаев на этих животных.

Число крыс в группах сравнения составляло 12. Учитывая сезонные сдвиги гемостаза и его зависимость от метеофакторов, в каждую серию экспериментов включали контрольную группу [5]. Болезненные манипуляции производили, подвергая животных наркозу этоксиэтаном. Пробы крови брали в шприц из обнаженной овальным разрезом яремной вены, в симметричную вену осуществляли инъекции. Рану закрывали кожным швом (кетгут).

Изучаемыми субстанциями явились природные цеолиты – минералы вулканическо-пеплового происхождения Мысовского месторождения поймы реки Большая Люлья Березовского района Ханты-Мансийского автономного округа – Югры, относящиеся к каркасным алюмосиликатам, обладающие особо упорядоченным кристаллическим каркасом, полости которого заняты молекулами воды и, способными к перемещению, ионами.

Все экспериментальные процедуры выполнялись в полном соответствии с международными этическими нормами научных исследований.

Экспериментальные модели: Обратимую окклюзионную ишемию воспризводили, вызывая дозированное сдавление яремной вены [6]. Забор крови производили из симметричной вены через 4 минуты.

Необратимая окклюзионная ишемия моделировалась путем перевязки одной из яремных вен с забором крови из симметричной вены через 4 минуты.

Рис. 1 Устройство для фиксации средней мозговой артерии крысы [6]

Выбор дозы изучаемых субстанций

Животные содержались на смешанном сбалансированном рационе с оптимальным соотношением белков, липидов и углеводов, в состав суточных порций, которого вводили природные цеолиты в виде порошка в дозе 0,25 г/кг массы тела. Пероральное введение крысам цеолитов осуществляли в течение 10 суток – срок, достаточный для воссоздания должного эффекта без ущерба противосвертывающему потенциалу [3]. Дозы изучаемой субстанции для животных были адекватны рекомендуемым дозам для человека, не вызывающим токсических эффектов и неоднократно были апробированы ранее [7].

Лабораторные методы исследования

Состояние параметров коагуляционного гемостаза (протромбиновый индекс, тромбиновое время, активированное частичное (парциальное) тромбопластиновое время, содержание фибриногена) оценивали на коагулографе «Cormay» (Польша), определение активности антитромбина-III и растворимых комплексов мономерного фибрина проводили согласно инструкций к наборам фирмы «Технология-стандарт» (г. Барнаул). Определение показателей красной крови, проводили на гематологическом анализаторе «MaxM» фирмы «Coulter», США.

Результаты и обсуждение

Известно, что неповрежденные сосуды обладают тромборезистентностью – свойством, складывающимся из совокупности противосвертывающей, антиагрегационной, фибринолитической активностей и способности регулировать поступление в интравазальное пространство тромбопластических субстанций [6]. Не менее важно и то, как данное свойство изменяется в условиях реакций напряжения.

В связи с этим, мы изучили влияние цеолитов на коагулотропные свойства сосудистой стенки.

В первом опыте моделировалась ишемия путем необратимой окклюзии крупного магистрального сосуда. Для этого наркотизированным животным перевязывали одну из яремных вен и, ровно через 4 минуты, производили забор крови из симметричной вены. Как и ранее, часть животных получала за 10 дней до воздействия в составе рациона природные цеолиты. Ишемия вызвала у животных контрольной группы активацию гемостаза. На 27,7% укоротился протромбиновый индекс, и возросло содержание РФМК (в 3,3 раза). Существенно удлинилось тромбиновое время (на 164,5%), что сопровождалось увеличением содержания в плазме крови АТ-III. Таким образом, ишемия вызвала развитие ДВС-синдрома I стадии (еще отсутствует потребление ФГ и АТ-III, а удлинение ТВ можно связать, в том числе, с приростом продуктов паракоагуляции).

Таким образом, введение цеолитов ограничивает развитие эндогенной тромбинемии, вызываемой необратимой окклюзией крупного сосуда, провоцирующей ишемию тканей. Связан ли этот эффект с их прямым влиянием на свойства сосудов, то есть, на способность противостоять стресс-воздействиям, мы оценили во втором эксперименте.

Для его воспроизведения моделировалась обратимая окклюзия магистрального сосуда [6]. После воздействия из кубитальной вены отбирали кровь и оценивали параметры гемостаза. При этом часть животных в течение 10 дней до проведения опыта получала цеолиты.

Данные результаты свидетельствуют о том, что введение цеолитов не усиливает, а, наоборот, снижает антикоагулянтный потенциал сосудистой стенки и способность выделять ингибиторы активации тромбоцитов в ответ на стресс-воздействие. Учитывая сведения о том, что реакция напряжения воспринимается как сигнал возможного повреждения, можно предположить, что, ограничивая величину индукции стресса, цеолиты уменьшают необходимость существенной интенсификации антистрессорных механизмов. Представляется важным, и то, что эти механизмы включаются лишь при более выраженном возмущающем воздействии (опыт с ишемией).

Рецензенты:

Будук – оол Л.К., д.б.н., профессор кафедры анатомии, физиологии и безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет», г. Тува;

Лихачев С.Ф., д.б.н., профессор, декан факультета экологии ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет», г. Челябинск.

Источник

Свойства цеолитов

Открыты цеолиты больше двух сотен лет назад Акселем Кронстедтом. Долгое время их считали редкими минералами, не способные образовать промышленные скопления. При этом считалось, что практического применения у них нет. Однако, в ходе исследований минералов цеолитной группы, были выяснены их свойства и возможности.

Общее описание минерала

Большая часть природных цеолитов появилась из-за деятельности вулканов. Во время извержения магма прорывается и вытекает на поверхность. При этом ее высвобождение сопровождается газом, пылью и огромным количеством пепла. Если вулкан находится на острове или возле океана, то лава с пеплом часто попадают в воду. При достижении океана, горячая лава с водой и морской солью начинают вступать в общую реакцию. В результате нескольких тысяч лет это приводит к образованию твердых кристаллических минералов, названных впоследствии цеолитами.

Название произошло от греческих «zeo» и «lithoz», что в прямом переводе означает «кипящий камень». Его придумал шведский минералог Аксель Кронстедт. Он заметил, что во время нагревания минерал вспучивался. Это происходило из-за испарения воды. В результате казалось, что минерал будто кипит из-за того, что быстро теряет воду.

Молекулы воды, испаряющиеся во время нагревания, адсорбируются в порах и полостях, размер которых составляет 0,3-1,0 нм. Они находятся в кристаллической структуре цеолитов. Данные полости появились благодаря структурному составу цеолитов. Он состоит из каркаса связанных тетраэдров, имеющий в структуре 4 атома O, которые окружают катион. Чаще всего встречается кремний. Связи Si-O находятся в трехмерной структуре силикатных тетраэдров. Благодаря этому образуются открытые полости в виде каркасов. Часто их занимают молекулы воды и внекаркасные катионы. Нередко они могут обмениваться.

При нагревании или дегидратации минерала происходит образование значительных объемных пустот, позволяющих цеолиту быть «молекулярным ситом» или адсорбентом. Первые обеспечивают прохождение молекул лишь определенного размера: те, что больше или равнозначны размеру поры, пройти не смогут. При обезвоживании молекул газа или жидкости (если размер достаточно мал), происходит сорбирование за счет внутренней структуры цеолита. При этом, крупные молекулы будут исключены.

Свойства и применение

Долгое время цеолитами заинтересовывались различные исследователи и ученные. Это обусловлено гибкостью и приспособляемостью минерала. В ходе изучения было выяснено, что материал является хорошим адсорбентом, ионообменником и молекулярным ситом, что определило в будущем широкую сферу его применения. Изначально цеолиты начали использовать, чтобы отделить углеводороды с прямой цепью от тех, у которых цепь разветвленная. Также его стали применять как химический сенсор, чтобы управлять производственными процессами, следить за окружающей средой и воздухом в помещениях, контролировать сточные воды и автоматический выхлоп. Нередко цеолиты используются при медицинском мониторинге, разделении воздуха и для удаления тяжелых видов металлов. Данные сферы применения являются лишь верхушкой айсберга.

Цеолиты востребованы в экологической, научной, промышленной и повседневной сфере. При этом, способы применения до сих пор расширяются и изучаются.

Адсорбент

Цеолиты начали применять как адсорбент в конце 18 века. С тех пор их используют для различных процессов, чтобы решить ряд экологических проблем. Позже было выяснено, что цеолит справляется с молекулами воды, аммиака, сероводорода, оксидов азота и серы, а также углекислого газа и других соединений.

Промышленные сточные воды

С течением времени требования к качеству воды становятся все выше. Поэтому появилась необходимость проводить очистку жидкости, поступающую из различных источников. В результате этого, применение природного цеолита как агента для удаления загрязнений в сточных водах, стало крайне интересным. Проводилось огромное количество исследований.

Сточные воды в результате различных промышленных процессов, например, в горнодобывающей области, могут отличаться физико-химическими характеристиками. В их составе возможно содержание ионов цинка, кобальта, никеля и других тяжелых металлов. Они токсичны для всего живого даже в небольшом количестве. Однако, в сточных водах их содержание может быть крайне высоким. Такую жидкость нельзя направлять в природную воду, так как это испортит водную экосистему. В результате, будут проблемы со здоровьем у животных, растений и людей. Также их нельзя направлять в канализацию, так как они препятствуют биологическому процессу.

Городские сточные воды

Очищение сточных вод цеолитами позволяет более эффективно удалять загрязнения. Чаще всего бытовым загрязнителем воды выступают ионы аммония. Он появляется из-за применения смягчителей ткани и средств для стирки. Часто в их составе есть четвертичные соли аммония, хлориды диалкилдиметалламмония и другие хлориды, действующие в качестве поверхностно-активных веществ.

Питьевая вода

В ходе исследований было выяснено, что при наличии клиноптилолита (одного из видов цеолита), усиливается нитрификация осадка сточных вод. В результате минерал начали применять в местах, где нужно очищать сточную воду для питьевых целей. Известно, что при добавлении порошкообразного клиноптилолита в загрязненную воду перед аэрацией, происходит увеличение потребления углекислого газа и осаждения. Благодаря этому образуется осадок, который проще обезвоживать и в будущем применять как удобрение.

Исследователи также обнаружили, что при смешивании ила с природным цеолитом получается чистая вода с более высокими параметрами качества:

При этом, образуется связной осадок зео-сточных вод, которые не имеют запаха. В других исследованиях цеолиты применяли для снижения в составе количества тяжелых металлов (свинца и хрома), образующихся в осадке сточных вод в городских очистных сооружениях. Так было обнаружено, что показатель можно снизить до 68%, если при очистке смешать ил с цеолитом в пропорции 98:2 соответственно. Также обнаружилось, что при использовании ультразвуковой энергии процесс удаления тяжелых металлов становится более эффективным. Согласно исследованиям, данная энергия оказывает влияние не только на структуру, но и на физико-химические свойства минерала, улучшающую процесс иммобилизации тяжелых металлов из сточных вод.

Было выяснено, что при обработке скважинных подземных вод природным цеолитом можно:

При этом, было улучшено качество воды на 93% по цвету и на 96% по химическому потреблению кислорода. Помимо этого, природный минерал смог удалить 51% колониальных цианобактерий Mycrocystis, 75% нитчатых цианобактерий и 92% цианобактерий вида Chroococces.

Цеолиты способны удалять из водного раствора неорганические, органические и металлоорганические соединения. Также устраняются из состава частицы газов, металлов, радионуклидов. Это происходит благодаря свойствам абсорбции, адсорбции и поверхностного осаждения.

Адсорбент

Благодаря адсорбционным свойствам улучшается образование осадков. При биологической очистке повышается биологическая активность, вызываемая потреблением кислорода. Это происходит благодаря прилипанию бактерий к мелким зернам цеолита. Бактерии, которые участвуют в образовании ила, адсорбируются на поверхности минерала, благодаря чему ускоряется оседание и увеличивается активность формирования осадка.

При адсорбции бактерий, согласно исследованиям, напрямую зависит от показателя pH. Так было выяснено, что поверхностные заряды цеолитов и бактерий могут увеличиваться, если уровень pH снижается. При их увеличении возникает рост электрического отталкивания, что снижает адсорбцию, если значение pH повышается.

Катализатор

Чаще всего цеолиты используются для каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Данный процесс используется для крекинга нефти. Здесь высокомолекулярные углеводородные фракции сырой нефти могут превращаться в бензин высокого качества, олефиновые газы и иные продукты.

Реакция крекинга нефти во время катализа за счет цеолитов основана на переносе протонов углеводорода. Основываясь на исследованиях Фарнета и Горте перенос выступает лишь как промежуточный этап образования сложной матрицы конкурентных и последовательных реакций, которые в результате позволяют создать продукт. Так как данные реакции сосредотачиваются на формировании карбокатионов, происходит их зависимость от уровня кислотности поверхности и кристаллической структуры цеолитов. За счет своего свойства производить обмен протонами минерал может катализировать данные реакции, выступая как кислоты Бренстеда (виды, способные отдавать протоны).

Избирательный катализ

Кроме размера пор, структура минерала определяет его способности избирательно катализировать реакции в зависимости от формы. Ученые разделили их на три основных типа согласно механизму действия реакции:

Селективность формы прямо пропорциональна размеру пор. Это приводит к тому, что минерал, при меньшем размере пор, может подавить реакции, которые возникают при объемных промежуточных продуктах. По этой причине крекинг бутена в цеолите с небольшими порами приводит к образованию пропена и этена.

Источник