Družba Silkem že več kot 25 let aktivno razvija in proizvaja zeolitne proizvode, z njimi pa sta tudi neposredno povezana nastanek in razvoj družbe. Proizvodnja zeolitov se zaradi intenzivnih razvojnih aktivnosti stalno dopolnjuje z novimi tipi proizvodov, kar omogoča širitev uporabnih možnosti.
Sestava Zeolitov
Popolnoma silikatna struktura, sestavljena le iz tetraedrov SiO4, predstavlja SiO2 ali kremen, čigar struktura nima naboja. Vgradnja aluminijevih atomov v silikatno ogrodje povzroči negativen naboj ogrodja, ki potrebuje izvenogrodne katione iz I. in II. skupine elementov periodnega sistema, kot so natrijevi, kalijevi, magnezijevi in kalcijevi, ali pa katione organskega izvora, da nevtralizirajo naboj kristalne rešetke.
Sestavo zeolita lahko opišemo kot: 𝐌2/𝑛𝐎 ∙ 𝐀𝐥2𝐎3 ∙ 𝑦𝐒𝐢𝐎2 ∙ 𝑤𝐇2𝐎, pri čemer y predstavlja vrednosti med 2 in ∞, n je valenca kationa M in w predstavlja molekule vode v porah zeolita. Zeolite bi lahko strukturno gledano opisali kot kompleksne kristalinične anorganske polimere z neskončnim tridimenzionalnim ogrodjem, sestavljenim iz AlO4 in tetraedrov SiO4, ki so med seboj povezani s skupnimi kisikovimi atomi. Količina aluminija v zeolitnem ogrodju se lahko spreminja v širokem območju molskega razmerja SiO2/Al2O3, od popolnoma silikatne strukture do zeolita z molskim razmerjem SiO2/Al2O3 = 2, kar predstavlja spodnjo mejo zaradi t. i. Loewensteinovega pravila, ki pravi, da so v zeolitnih strukturah Al-O-Al (aluminij-kisik-aluminij) povezave prepovedane.
Sestava zeolitnega ogrodja je odvisna od sinteznih pogojev ali od posinteznih modifikacij. Z naraščanjem molskega razmerja SiO2/Al2O3 se povečujeta hidrotermalna stabilnost zeolitov kakor tudi njihova hidrofobnost. Zeolitna kristalna struktura vsebuje intrakristalne kanale oz. med seboj povezane votline, ki so zasedene s kationi ali molekulami vode. Kationi so mobilni in jih je možno izmenjati z drugimi kationi. Molekule vode se iz zeolitnega ogrodja lahko odstrani reverzibilno, po navadi z vnosom toplotne energije, slednje pa pustijo za sabo ohranjeno porozno strukturo, v kateri mikropore in votline zasedajo do 50% volumski delež.
Kristalinična narava zeolitnega ogrodja zagotavlja enako velike pore skozi celoten kristal, ki lahko molekule loči glede na njihovo velikost in jih zato imenujemo tudi molekularna sita. Pore v zeolitnem ogrodju so lahko eno-, dvo- ali tridimenzionalno urejene. Zaradi boljše dostopnosti in povezanosti so v praksi najbolj zaželeni zeoliti z dvo- ali tridimenzionalnim sistemom por.
Uporaba Zeolitov
Posredno gledano so številni aromatski in olefinski ogljikovodiki proizvedeni s pomočjo zeolitnih katalizatorjev, slednji pa so nato prečiščeni z uporabo različnih zeolitnih adsorbentov. Tako proizvedene spojine se nato uporabljajo kot vir surovin pri proizvodnji tekstila, pohištva, hrane, gradbenih materialov, umetnih mas, pogonskih goriv itd. Med neposredne učinke zeolitov na naše vsakdanje življenje pa lahko prištevamo njihovo uporabo v pralnih sredstvih, odstranjevalcih vlage in smradu, pri proizvodnji in čiščenju tehničnih plinov itd.
Kljub odkritju številnih novih družin poroznih materialov, predvsem na osnovi aluminofosfatov, mezoporoznih silikatov in v zadnjem času organsko-kovinskih materialov (MOF), je dejstvo, da so danes po učinkovitosti, cenovni sprejemljivosti in uporabi v industrijskih katalitskih, adsorpcijskih in separacijskih procesih povsem pri vrhu še vedno zeoliti, tj. materiali, odkriti v sredini prejšnjega stoletja.
Izjemne lastnosti teh mikroporoznih aluminosilikatnih materialov, njihova enostavna priprava, stabilnost ter ekološka in ekonomska sprejemljivost njihove proizvodnje predstavljajo osnovo njihove uporabnosti v številnih industrijskih aplikacijah. Novi postopki posinteznih modifikacij omogočajo pripravo zeolitnih materialov s še boljšimi lastnostmi, kar po nekaj desetletjih ponovno preusmerja pozornost znanosti o poroznih materialih na osnovne in industrijsko najpomembnejše zeolite, kot so zeoliti A, X, Y, mordenit, beta in ZSM-5.
- High purity: the Al₂O₃ content typically exceeds 99%.
- High hardness: comparable to corundum (9 on the Mohs hardness scale), which makes it ideal for abrasive applications.
- Thermal stability: withstands extremely high temperatures, making it ideal for refractory materials.
- Chemical inertness: resistant to acids and bases, ensuring a long lifetime in harsh environments.
- Controlled particle size: available in different sizes for specific applications.
- Controlled specific surface area: can be adjusted to improve reactivity or inertness.
Detergenti
Zeoliti v pralnih praških omogočajo zamenjavo natrijevih kationov s kalcijevimi in magnezijevimi kationi iz vode in jo s tem zmehčajo, kar zagotavlja optimalno delovanje preostalih komponent.
Preberi več
PVC-Stabilizatorji
Pomembno področje uporabe zeolita 4A je proizvodnja toplotnih stabilizatorjev za proizvodnjo PVC-materialov, pri čemer zeoliti delujejo kot nevtralizatorji in adsorbenti kisline HCl.
Preberi več
Adsorbenti in molekularna sita
Praškasti zeoliti se uporabljajo pri pripravi adsorbentov v obliki granul ali pelet, pri proizvodnji z zeolitom oplaščene embalaže za farmacevtske, za prehranske proizvode in za proizvodnjo polimernih adsorbentov.
Kmetijstvo
Zeoliti se v kmetijstvu uporabljajo pri proizvodnji gnojil, in sicer kot sredstvo za izboljšanje sipkosti ter za počasno in enakomerno sproščanje učinkovin v zemljo. Preprečujejo izpiranje hranil iz prsti.
Gradbeništvo
Gradbeništvo je še eno izmed pomembnih področij uporabe zeolitov. Uporabljajo se predvsem pri proizvodnji različnih vrst betona.
Čiščenje voda
Zeoliti se kot ionski izmenjevalci uporabljajo za odstranjevanje organskih spojin, težkih kovin in radioaktivnih snovi iz vode ali onesnažene prsti.
Proizvodnja zavornih ploščic
Zeoliti se kot sredstvo za uravnavanje trenja uporabljajo v proizvodnji zavornih ploščic. Zeolit deluje kot adsorbent vlage s površine zavorne ploščice, kar posledično zmanjšuje nastanek hrupa pri trenju zavorne ploščice in zavornega koluta.
Druga področja uporabe
Zeoliti se uporabljajo:
- kot polnila pri proizvodnji barv, premazov in papirja,
- za odstranjevanje neprijetnih vonjav v gospodinjstvu (npr. kot dodatek k peskom za stranišča malih živali),
- kot katalizatorji pri kislinsko kataliziranih reakcijah (cracking, izomirerizacija, alkilacija).
| Tip proizvoda | ZP-4A | ZP-4A-TSR | ZP-4A-LD | ZP-4A-HD | ZP-4AM | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Na2O | % | 17 – 19 | |||||
| Al2O3 | % | 28 – 30 | |||||
| SiO2 | % | 31 – 34 | |||||
| H2O | % | 18 – 22 | |||||
| Na2SO4 | % | 0 | 1.5 – 2.5 | ||||
| Vsebnost trdnih snovi (1h/800˚C) | % | 78 – 82 | 79 – 85 | ||||
| Belina (R 460) | % | min. 94 | |||||
| Nasipna teža | g/l | 280 – 380 | – | – | 450 – 550 | ||
| Stresalna nasipna teža | g/l | – | – | max. 500 | min. 630 | – | |
| pH (5% suspenzija) | 11 – 12 | 10 – 12 | |||||
| Kalcijeva ionska izmenjevalna kapaciteta | mg CaO / g brezvodne snovi | min. 160 | |||||
| Statična vodna adsorpcija * | % | – | – | – | min. 25 | – | |
| Vodna adsorpcijska kapaciteta (WAC)** | % | – | – | min. 24 | – | – | |
| Tenzidna absorpcija | g/100g | – | – | – | – | 45 – 55 | |
| Velikostna porazdelitev delcev: | |||||||
| > 10 mikronov | % | max. 10 | – | ||||
| < 1 mikron | % | max. 10 | – | ||||
| Srednja velikost delcev d50 | µm | 3 – 5 | – | ||||
| Ostanek na situ (on 45 µm) | % | 0.2 | 0.0 | 0.2 | – | ||
| Značilne lastnosti | Fini beli prah brez vidnih nečistoč | ||||||
*(25˚C, RH=55%, 24h)-klimatska komora
**(23˚C +/-2˚C, RH=55%, 24h)-eksikator