Zeolith – ein überlegenes Material zur Reinigung von Trinkwasser

Die Technologie verändert sich und entwickelt sich stetig weiter, um die alltäglichen Bedürfnisse der Menschheit zu erfüllen. Eines dieser Bedürfnisse ist sauberes Trinkwasser. Die Wasseraufbereitungsbranche erforscht, testet und entwickelt fortlaufend neue und verbesserte Verfahren zur Behandlung von Abwasser und Trinkwasser, die wirksam und umweltfreundlich sind. Wasserfilter mit Zeolith können eine nachhaltige, natürliche Lösung für die Aufbereitung von Trinkwasser, Abwässern und Schmutzwasser darstellen.

Bestimmte Zeolithe besitzen einzigartige und außergewöhnliche physikalische und chemische Eigenschaften. Diese Merkmale machen sie für eine Vielzahl von Anwendungen sehr nützlich, darunter Landwirtschaft, Tierhaltung, Bauanwendungen, verschiedene industrielle Verfahren, Medizin und Kosmetik. In jüngster Zeit wurde eine speziellere Anwendung eines natürlichen Zeoliths, nämlich des Klinoptilolith, in der Wasseraufbereitung und im Hinblick auf die menschliche Gesundheit intensiv untersucht. Aufgrund einer Reihe positiver Wirkungen auf die Gesundheit, einschließlich entgiftender Eigenschaften, hat die Verwendung von Produkten auf Klinoptilolith-Basis in den letzten Jahren stark zugenommen.

Historischer Überblick

Seit Hunderten von Jahren nutzen die Menschen die Ressourcen der Natur, um ihre Lebensqualität zu verbessern. Manchmal verwenden wir sie so, wie sie in der Umwelt vorkommen, und manchmal finden wir neue und innovative Anwendungsmöglichkeiten. Sand und Kohle sind dafür charakteristische Beispiele. Sie werden bereits weithin in der Wasseraufbereitung als Filtermedien eingesetzt. Sand erreicht dies ohnehin in der Natur, indem er verschiedene Partikelkombinationen reduziert. Kohle wurde in den letzten Jahren vor allem als Träger thermischer Energie betrachtet. Heute wird sie in einer großen Zahl von Produkten für die menschliche Gesundheit verwendet, von der Hautpflege bis zu Nahrungsergänzungsmitteln. Es hat sich auch gezeigt, dass sie ein wirksames Filtermaterial für Wasser ist, das mit Toxinen und anderen Schadstoffen belastet ist.

Was ist Zeolith?

Wenn vulkanisches Gestein oder vulkanische Asche mit alkalischem Wasser in Kontakt kommt, reagiert sie und kann Zeolith bilden. Das Wort Zeolith wird weithin verwendet, um verschiedene Arten von Zeolithen, Tuffen und Tonen zu beschreiben. In der Wasseraufbereitung sind die gebräuchlichsten Typen die Alumosilikate aus der Familie des Klinoptilolith, die aus unterschiedlichen Anteilen von Aluminium, Silizium, Sauerstoff und anderen Elementen wie Calcium (Ca), Kalium (K) und Natrium (Na) bestehen. Aufgrund ihrer Struktur und Zusammensetzung bilden sie Mikroporen und besitzen eine große Kationenaustauschkapazität. Das Ausmaß dieser Eigenschaften variiert von Typ zu Typ und ist bei natürlichen Zeolithen aufgrund möglicher Verunreinigungen deutlich schwächer. Zeolithe lassen sich jedoch leicht synthetisch herstellen, und zwar mit einer erhitzten Lösung aus Aluminium, Silizium und Natriumhydroxid. Die in der Natur am häufigsten vorkommenden Zeolith-Lagerstätten sind solche, die Klinoptilolith enthalten, mit einem hohen Gehalt (75 Prozent oder mehr).

Ein einzigartiger Vorteil des Klinoptilolith sind seine physikalisch-chemischen adsorptiven und katalytischen Eigenschaften. Der Klinoptilolith kann Ammoniak, Nitrate, Stickstoff, Schwefelwasserstoff, Schwermetalle, Kohlenstoff, Sauerstoff, Öle und Mangan (Mn) aufnehmen. Er adsorbiert außerdem Strontium (Sr), Blei (Pb), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Quecksilber (Hg) und viele weitere Stoffe. Der Hauptvorteil der Wirkungsweise von Zeolith ist seine physikalisch-chemische Adsorption, der Ionenaustausch und seine katalytischen Eigenschaften.

Katalytische Eigenschaften von Zeolith

• Einheitliche Porenstruktur und großes Porenvolumen (kristalline, symmetrische Struktur)
• Porendurchmesser von 0,1–1,0 Nanometern (nm)
• Fähigkeit, Partikel zu filtern, die größer als 1 µm sind
• Große Oberfläche
• Fähigkeit, Schwermetalle sowie Ammonium- und Wasserstoffverbindungen zu verringern
• Fähigkeit, Chemikalien und Erdölnebenprodukte zu adsorbieren

Aufgrund ihrer einzigartigen physikalisch-chemischen, adsorptiven und ionenaustauschenden Eigenschaften gehören Zeolithe zu den wichtigsten anorganischen Kationenaustauschern. Sie werden in industriellen Anwendungen zur Behandlung von Wasser und Abwasser, für die Katalyse und zur Reinigung von Atommüll eingesetzt. Sie finden außerdem Verwendung in der Landwirtschaft, als Futtermittelzusatz, in Haushaltsanwendungen und in biochemischen Anwendungen. Die Vielfalt der Anwendungen von Zeolithen ist tatsächlich eine Folge ihrer porösen Struktur. Die Poren bilden negativ geladene Kanäle und Hohlräume, die von positiv geladenen einwertigen Alkaliionen (z. B. Na+, K+) und zweiwertigen Ionen (z. B. Ca2+), OH-Gruppen oder Wassermolekülen (H2O) besetzt sind, die leicht gegen andere Moleküle und Kationen aus der Umgebung ausgetauscht werden können. Es ist daher naheliegend, dass das endgültige Silizium-Aluminium-Verhältnis (Si/Al) eines Zeoliths die Ionenaustauschkapazität und die Anziehung der in den Poren und Kanälen verbleibenden Kationen bestimmt.

Was macht Zeolith zu einem guten Filtermaterial?

Je mehr Poren sich im Filtermaterial befinden, desto wirksamer ist die Filterleistung. Zeolithe, insbesondere der Klinoptilolith, besitzen viele Poren und halten daher nicht nur Partikel zwischen ihren Körnern zurück, sondern adsorbieren sie auch an ihrer Oberfläche. Dies geschieht teilweise aufgrund der Kationenaustauschfähigkeit der Zeolithe: Sie nehmen positive Ionen aus dem Wasser auf (Metalle, Natrium, Ammoniak) und ersetzen sie durch etwas anderes, das bereits an ihren Ionenaustauschplätzen gebunden war.

Aufgrund seiner hohen Porendichte hat Zeolith eine sehr große wirksame Oberfläche. Das bedeutet, dass er hohe Konzentrationen natürlicher Schadstoffe binden kann, bevor er ersetzt werden muss. Die Filter können den Adsorptionsprozess auch nutzen, um einige schädliche Partikel einzufangen und zu entfernen.

Die Beziehung von Zeolith zu Ammoniak und Schwermetallen

Ammoniak und Schwermetalle stellen ein erhebliches Problem bei der Aufbereitung von Trinkwasser dar. Beide Schadstoffe sind für den Menschen giftig. Zeolith (insbesondere Klinoptilolith) hat zufällig eine Neigung, diese Moleküle aufzunehmen, und wird sie adsorbieren und in seinen molekularen Poren festhalten. Dies gelingt ihm sogar in Gegenwart anderer möglicher konkurrierender Ionen.

Wasserenthärtung

Härtebildner wie Calcium und Magnesium können in den Verteilungssystemen der Rohrleitungen Probleme verursachen, wenn sie in ausreichend hohen Konzentrationen vorliegen. Irgendwann erreichen ihre Konzentrationen in der Wasserversorgung ein Übersättigungsniveau und beginnen auszufallen. Dies kann zu Ablagerungen führen, die den Durchfluss in Rohren und Armaturen einschränken können. Zeolith ist außerdem in der Lage, Calcium- und Magnesiumionen im Wasser auszutauschen. Das bedeutet, dass er als Wasserenthärter wirken kann, nachdem er natürlich zuvor mit einer Natrium-/Kalium-Salzlösung behandelt wurde, um ihn stärker zu aktivieren.

Entfernung von Eisen

Wenn Sie schon einmal den Wasserhahn aufgedreht haben und das Wasser braun herauskam, haben Sie möglicherweise ein Eisenproblem. Große Mengen an Eisen im Wasser können eine Gefahr für den Menschen darstellen. Daher müssen auch die Eisenwerte im Trinkwasser kontrolliert werden. Zeolith ist außerdem in der Lage, den Eisengehalt durch seine Adsorptions- und Ionenaustauscheigenschaften bis zu einem gewissen Grad zu senken.