Tính chất lý
Thể tích khoảng h
Do cấu trúc bao gồ
mật độ thấp so với các tectosilicat khác. Tuy nhiên, s thành phần của các nhóm zeolit khác nhau d
hổng và mật độ là khá đáng k Ví dụ: faujasit có đư zeolit tự nhiên (0,74nm), có m lớn (47%). Charbasit có đ faujasit, nhưng lại có mật đ
Khả năng chọ
Các cation có thể zeolit. Các cation này thư trúc zeolit, và chúng có th
khác. Khơng giống như các phyllosilicat 2:1 như smectit hay ve các cation trong zeolit không t
vậy, các khống zeolit đư trao đổi cation hiệu quả nh
Hình 1.1. Cấu trúc lập thể của zeolit
t lý – hóa học của zeolit .
ng hổng
ồm các kênh và các lỗ rỗng liên thơng, zeolit nhìn chung có i các tectosilicat khác. Tuy nhiên, sự biến động trong c
nhóm zeolit khác nhau dẫn đến sự khác biệt về th là khá đáng kể [11].
: faujasit có đường kính các kênh vào dạng lớn nhất trong các kênh
nhiên (0,74nm), có mật độ thấp (1,91mg/m3) và thể tích kho
47%). Charbasit có độ lớn các kênh và có thể tích khoảng hổng tương đ t độ (dung trọng) cao hơn đôi chút (2,05 – 2,10 mg.m
ọn lọc và trao đổi cation của zeolit
được hấp phụ nhờ lực hút tĩnh điện của bề m zeolit. Các cation này thường có mặt trong các kênh và khoảng hổ trúc zeolit, và chúng có thể bị rửa trơi hoặc bị trao đổi bởi dung dịch ch
ng như các phyllosilicat 2:1 như smectit hay vermiculit, s các cation trong zeolit không tạo ra sự co giãn hay phá vỡ nào trong c
các khoáng zeolit được coi là một trong những vật liệu tự nhiên có kh nhất.
ng liên thơng, zeolit nhìn chung có ng trong cấu trúc và thể tích khoảng t trong các kênh tích khoảng hổng rất ng tương đồng với 2,10 mg.m-3).
mặt điện âm của ổng mở của cấu ch chứa các cation rmiculit, sự trao đổi nào trong cấu trúc. Do nhiên có khả năng
Sự trao đổi cation trong zeolit là sự khuếch tán có định hướng, do đó cấu trúc zeolit với hệ thống kênh dẫn đa chiều sẽ giúp cho các cation di chuyển nhanh hơn so với các hệ thống kênh dẫn hai chiều và đơn chiều.
Cấu trúc và kích thước các kênh dẫn của zeolit cũng như kích thước của các cation sẽ quyết định việc cation có thể đi vào hệ thống hay khơng, vị trí nào cation có thể bị giữ lại trong cấu trúc zeolit và liệu cation này có thể trao đổi được nữa hay khơng [11].
Q trình hydrat – dehydrat hóa, hấp phụ, sàng lọc các phân tử
Thể tích khoảng hổng cao, cấu trúc bền vững, diện tích bề mặt lớn (105
m2.kg-) của các zeolit làm cho chúng có những đặc tính hết sức đặc biệt. Quá trình
nung đốt hay dehydrat hóa cấu trúc zeolit làm cho chúng trở nên hữu ích hơn với khả năng hấp phụ hay sàng lọc. Khi được dehydrat hóa, các phân tử khí (hay lỏng) có kích thước đủ nhỏ có thể đi qua các kênh dẫn mở và bị hấp phụ lại trong cấu trúc zeolit, trong khi các phân tử có kích thước lớn hơn sẽ bị chặn lại ở bên ngoài. Hiện tượng này mô tả như là một sự sàng lọc phân tử, và đây là một trong những đặc tính quan trọng nhất của zeolit.
Zeolit cũng được biết đến như một chất xúc tác tham gia vào q trình chuyển hóa.
Các zeolit có thể sở hữu các vị trí có khả năng cho proton (tính axit) mà được tạo ra từ lưới điện tích âm. Có hai loại vị trí có tính axit trong cấu trúc khung của zeolit là các vị trí Lewis và Bronsted [27].
Hình 1.2. Các vị trí axit Bronsted và Lewis trên bề mặt siloxan (Breck, 1974)
Điện tích bề mặt .
Điện tích bề mặt của zeolit được đề cập đến trong nhiều nghiên cứu gần đây Zeolit tự nhiên cũng như zeolit tổng hợp đều có lưới điện tích âm trên bề mặt. Nguồn gốc của các điện tích âm được chứng minh là do sự mất cân bằng điện tích bắt nguồn từ sự thay thế các cation trong cấu trúc zeolit [27].
Tuy nhiên các nghiên cứu đều cho thấy lưới điện tích của zeolit chịu ảnh hưởng của sự thay đổi pH (có tính biến thiên). Ở pH <2 lưới điện tích âm khơng tồn tại trên bề mặt zeolit. Khi pH tăng lên các vị trí mang điện tích âm trên bề mặt zeolit cũng tăng theo, khoảng pH từ 2 – 11 lưới điện tích tăng dần. Trong môi trường kiềm mạnh pH > 11 lưới điện tích âm giảm đột ngột.
Điện tích bề mặt của zeolit khơng chỉ phụ thuộc vào pH mà còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như cường độ ion trong dung dịch và lượng Al trong cấu trúc của zeolit. Khi lượng nhôm trong cấu trúc zeolit tăng lên (tỷ lệ Si/Al giảm) lượng điện tích âm của zeolit tăng lên. Khi cường độ các ion trong dung dịch tăng lên, điện tích bề mặt của zeolit có xu hướng giảm rõ rệt. Các cation khác nhau có tác động khác nhau đến bề mặt điện tích của zeolit và thường theo thứ tự: Al > Ca > Mg > NH4> Na. Xu hướng này cũng giống như các khoáng phyllosilicat[14].
Zeolit tổng hợp và biến tính
Zeolit được biết đến như một vật liệu tự nhiên có khả năng hấp phụ hay cố định rất tốt đối với các kim loại nặng trong đất và trong nước thải (Baydina, 1996; Tsadilas và nnk, 1997)[14]. Zeolit có khả năng hấp phụ các ion kim loại cao hơn rất
nhiều so với các khống sét phylosilicat (ví dụ: bentonit, kaolinit) (Hamidpour và
nnk, 2010)[39]. Các cation kim loại vết như Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ và Pb2+ được hấp
phụ lên zeolit thông qua những phản ứng trao đổi đơn giản. Hiệu quả hấp phụ sẽ giảm đi đối với dung dịch có độ muối cao, khi trong xuất hiện thêm nhiều các cation cạnh tranh. Hiệu quả hấp phụ kim loại cũng phụ thuộc rất lớn vào đặc tính hóa học của mơi trường nơi zeolit được sử dụng để xử lý. Hiệu quả hấp phụ của zeolit thường cao hơn trong các dung dịch có phản ứng axit (pH thấp). Trong mơi trường này các cation kim loại thường có độ tan lớn và di động. Ở mơi trường có phản ứng trung tính hay kiềm rất nhiều kim loại chuyển thành dạng anion hay các phức không tan với các hydroxyl và cacbonat. Phillipsit, charbazit, và clinoptilolit là những zeolit tự nhiên phổ biến nhất được sử dụng để hấp phụ các kim loại.
Do những đặc tính ưu việt và tiềm năng sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp và môi trường, nghiên cứu và tổng hợp nhân tạo các zeolit hay các vật liệu tương tự zeolit đã mang lại nhiều triển vọng mới. Các zeolit có thể được tổng hợp một cách dễ dàng, có thể được chế tạo tùy biến với những đặc tính riêng biệt ví dụ như: độ tinh khiết hóa học cao, độ rỗng lớn, có các kênh dẫn đặc biệt, hay các đặc tính chuyên biệt phục vụ cho các mục đích cụ thể khác nhau. Nhìn chung, zeolit được tổng hợp theo phương pháp gia công nhiệt đối với một nguồn nguyên liệu giàu silic trong môi trường kiềm mạnh. Trong cơng nghiệp, những thành phần có hàm lượng silic cao được sử dụng để tổng hợp zeolit bao gồm: 1) các gel aluminosilicat hoạt tính hay hydrogel; 2) các khoáng sét đặc biệt là nhóm kaolin; 3) các vật liệu tự nhiên có nguồn gốc núi lửa (Breck, 1974)[14]. Ngày nay, hàng loạt những nỗ lực nhằm tạo ra zeolit tổng hợp, đặc biệt là từ nguồn phế thải giàu silic đang được nghiên cứu và thử nghiệm.