Η τεχνολογία αλλάζει και συνεχώς εξελίσσεται, ώστε να καλύψει τις καθημερινές ανάγκες της ανθρωπότητας. Μία από αυτές τις ανάγκες είναι το καθαρό πόσιμο νερό. Η βιομηχανία επεξεργασίας νερού ερευνά, δοκιμάζει και αναπτύσσει συνεχώς νέες και βελτιωμένες μεθόδους, για την επεξεργασία λυμάτων και πόσιμου νερού που είναι αποτελεσματικές και φιλικές προς το περιβάλλον. Τα φίλτρα νερού με ζεόλιθο μπορούν να αποτελέσουν μια βιώσιμη, φυσική λύση επεξεργασίας του πόσιμου νερού, των απόνερων και των λυμάτων.
Ορισμένοι ζεόλιθοι διαθέτουν μοναδικές και εξαιρετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Αυτά τα χαρακτηριστικά, τους καθιστούν πολύ χρήσιμους σε μια ποικιλία εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της γεωργίας, της κτηνοτροφίας, των κατασκευαστικών εφαρμογών, δοιάφορων βιομηχανικών διαδικασιών, της ιατρικής και των καλλυντικών. Τον τελευταίο καιρό, μια πιο συγκεκριμένη εφαρμογή ενός φυσικού ζεόλιθου, και συγκεκριμένα του κλινοπτιλόλιθου, έχει μελετηθεί ευρέως στην επεξεργασία του νερού και στην ανθρώπινη υγεία. Λόγω μιας σειράς θετικών επιδράσεων στην υγεία, συμπεριλαμβανομένων των ιδιοτήτων αποτοξίνωσης, η χρήση προϊόντων με βάση τον κλινοπτιλόλιθο, έχει αυξηθεί πάρα πολύ τα τελευταία χρόνια.
Ιστορική αναδρομή
Για εκατοντάδες χρόνια, οι άνθρωποι έχουν χρησιμοποιήσει τους πόρους που παρέχει η φύση για να βελτιώσουν την ποιότητα της ζωής τους. Μερικές φορές τους χρησιμοποιούμε με τον τρόπο που είναι διαθέσιμα στο περιβάλλον και άλλες φορές βρίσκουμε νέους και καινοτόμους τρόπους εφαρμογής τους. Για παράδειγμα, η άμμος και ο άνθρακας είναι χαρακτηριστικά παραδείγματα αυτού. Αυτά χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως στην επεξεργασία νερού ως μέσα φίλτρου. Η άμμος το επιτυγχάνει αυτό στη φύση ούτως ή άλλως, μειώνοντας διάφορους συνδυασμούς σωματιδίων. Ο άνθρακας θεωρείται κυρίως ως φορέας θερμικής ενέργειας τα τελευταία χρόνια. Τώρα χρησιμοποιείται σε έναν μεγάλο αριθμό προϊόντων για την ανθρώπινη υγεία, από τη φροντίδα της επιδερμίδας έως τα συμπληρώματα διατροφής. Έχει επίσης αποδειχθεί, ότι είναι ένα αποτελεσματικό υλικό φιλτραρίσματος για το νερό , το οποίο έχει μολυνθεί με τοξίνες και άλλους μολυσματικούς παράγοντες.
Τι είναι ο ζεόλιθος;
Όταν ηφαιστειακή πέτρα ή τέφρα έρχεται σε επαφή με αλκαλικά νερά, αντιδρά και μπορεί να σχηματίσει ζεόλιθο. Η λέξη ζεόλιθος έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για να περιγράψει διαφορετικούς τύπους ζεόλιθων, τόφων και άργιλων. Στην επεξεργασία του νερού, οι πιο συνηθισμένοι τύποι, είναι οι αργιλοπυριτικοί, της οικογένειας του κλινοπτιλόλιθου, που αποτελούνται από διαφορετικές συγκεντρώσεις αργιλίου, πυριτίου, οξυγόνου και άλλων στοιχείων όπως ασβέστιο (Ca), κάλιο (K) και νάτριο (Na). Λόγω της δομής και της σύνθεσής τους, δημιουργούν μικροπόρους και έχουν μεγάλη ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων. Ο βαθμός αυτών των ιδιοτήτων ανταλλαγής ποικίλλει από τύπο σε τύπο και είναι αισθητά ασθενέστερος σε φυσικούς ζεόλιθους λόγω πιθανών ακαθαρσιών. Ωστόσο, οι ζεόλιθοι μπορούν εύκολα να παραχθούν συνθετικά με θερμαινόμενο διάλυμα αργιλίου, πυριτίου και υδροξειδίου του νατρίου. Τα ορυκτά αποθέματα των πιο συνηθισμένων ζεόλιθων στη φύση είναι τα κοιτάσματα που περιέχουν κλινοπτιλόλιθο, στα οποία η περιεκτικότητα είναι υψηλή (75 τοις εκατό ή περισσότερο).
Ένα μοναδικό πλεονέκτημα του κλινοπτιλόλιθου είναι οι φυσικές/χημικές προσροφητικές, και καταλυτικές του ιδιότητες. Ο κλινοπτιλόλιθος μπορεί να απορροφήσει αμμωνία, νιτρικά, άζωτο, υδρο-σουλφίδιο, βαρέα μέταλλα, άνθρακα, οξυγόνο, έλαια και μαγγάνιο (Mn). Απορροφάει επίσης στρόντιο (Sr), μόλυβδο (Pb), χαλκό (Cu), ασήμι (Ag), υδράργυρο (Hg) και πολλά άλλα. Το κύριο πλεονέκτημα της λειτουργίας του ζεόλιθου είναι η φυσική/χημική προσρόφησή του, η ανταλλαγή ιόντων και οι καταλυτικές του ιδιότητες.
Καταλυτικές ιδιότητες του ζεόλιθου
- Ομοιόμορφη δομή πόρων και μεγάλος όγκος πόρων (κρυσταλλική συμμετρική δομή)
- Μέγεθος διαμέτρου πόρων 0,1-1,0 νανόμετρα (nm)
- Δυνατότητα φιλτραρίσματος σωματιδίων, μεγαλύτερα από ένα μικρό 1μm
- Μεγάλη επιφάνεια
- Δυνατότητα μείωσης των βαρέων μετάλλων, τις ενώσεων αμμωνίου και υδρογόνου
- Δυνατότητα προσρόφησης χημικών και υποπροϊόντων πετρελαίου
Με βάση τις μοναδικές φυσικοχημικές, προσροφητικές και ιοντοανταλλακτικές τους ιδιότητες, οι ζεόλιθοι είναι από τους σημαντικότερους ανόργανους εναλλάκτες κατιόντων. Χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές για επεξεργασία νερού και λυμάτων, για κατάλυση και για τον καθαρισμό πυρηνικών αποβλήτων. Χρησιμοποιούνται επίσης στη γεωργία, ως πρόσθετα ζωοτροφών, σε οικιακές εφαρμογές και σε βιοχημικές εφαρμογές. Η ποικιλία εφαρμογών των ζεόλιθων είναι πράγματι συνέπεια της πορώδους δομής τους. Οι πόροι σχηματίζουν αρνητικά φορτισμένα κανάλια και κοιλότητες, οι οποίες καταλαμβάνονται με θετικά φορτισμένα μονοσθενή αλκαλικά (δηλ. Na,+, K+) και δισθενή (δηλ. Ca2+) ιόντα, ΟΗ-ομάδες ή μόρια νερού (Η2Ο), τα οποία μπορούν εύκολα να ανταλλαχθούν από άλλα μόρια και κατιόντα από το περιβάλλον. Είναι λογικό έτσι, ότι η τελική αναλογία πυριτίου/αργίλου Si/Al σε ένα ζεόλιθο, καθορίζει την ικανότητα ανταλλαγής ιόντων και την έλξη των κατιόντων τα οποία παραμένουν στους πόρους και τα κανάλια.
Τι κάνει το ζεόλιθο ένα καλό υλικό φίλτρου;
Όσο περισσότεροι πόροι βρίσκονται μέσα στο υλικό του φίλτρου, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η απόδοση φιλτραρίσματος. Οι ζεόλιθοι, και συγκεκριμένα ο κλινοπτιλόλιθος, έχει πολλούς πόρους, επομένως δεν συλλαμβάνει μόνο μόρια μεταξύ των κόκκων του, αλλά τα προσροφά και στην επιφάνειά του. Αυτό γίνεται εν μέρει λόγω της ικανότητας των ζεόλιθων για ανταλλαγή κατιόντων, παίρνει δηλαδή θετικά ιόντα από το νερό (μέταλλα, νάτριο, αμμωνία) και τα αντικαθιστά με κάτι άλλο που ήταν ήδη προσαρτημένο στις θέσεις ιοντοανταλλαγής του.
Λόγω της υψηλής πυκνότητας των πόρων του, ο ζεόλιθος έχει πολύ μεγάλη αποτελεσματική επιφάνεια, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να αιχμαλωτίσει υψηλές συγκεντρώσεις φυσικών μολυσματικών ουσιών πριν χρειαστεί να αντικατασταθεί. Τα φίλτρα μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν τη διαδικασία προσρόφησης για να συλλάβουν και να αφαιρέσουν και κάποια επιβλαβή σωματίδια.
Η σχέση του ζεόλιθου με την αμμωνία και τα βαρέα μέταλλα
Η αμμωνία και τα βαρέα μέταλλα αποτελούν σημαντικό πρόβλημα στην επεξεργασία του πόσιμου νερού. Και οι δύο αυτοί μολυσματικοί παράγοντες είναι τοξικοί για τον άνθρωπο. Ο ζεόλιθος (συγκεκριμένα ο κλινοπτιλολιθος) τυχαίνει να έχει τάση απορρόφησης σε αυτά τα μόρια και θα τα προσροφήσει και θα τα διατηρήσει μέσα στους μοριακούς πόρους του. Μπορεί να το επιτύχει αυτό ακόμη και παρουσία άλλων πιθανών ανταγωνιστικών ιόντων.
Αποσκλήρυνση νερού
Ορυκτά σκληρότητας όπως το ασβέστιο και το μαγνήσιο μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα στα συστήματα σωληνώσεων διανομής εάν υπάρχουν σε αρκετά υψηλές συγκεντρώσεις. Σε κάποια χρονική στιγμή ωστόσο, οι συγκεντρώσεις τους στις παροχές νερού φτάνουν σε ένα επίπεδο υπερκορεσμού και αρχίζουν να καθιζάνουν. Αυτό μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση, η οποία μπορεί να προκαλέσει περιορισμένη ροή στους σωλήνες και τις βρύσες. Ο ζεόλιθος είναι επίσης ικανός να ανταλλάσσει ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου στο νερό, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να λειτουργήσει ως αποσκληρυντής του νερού, αφού φυσικά επεξεργαστεί πρώτα με διάλυμα άλμης νατρίου/καλίου για να ενεργοποιηθεί περισσότερο.
Αφαίρεση σιδήρου
Εάν έχετε ανοίξει ποτέ τη βρύση και το νερό που βγήκε ήταν καφέ, μπορεί να έχετε πρόβλημα με το σίδηρο. Μεγάλες ποσότητες σιδήρου στο νερό μπορεί να αποτελέσουν κινδύνο για την ανθρώπινη. Επομένως, απαιτείται επίσης έλεγχος των επιπέδων σιδήρου στο πόσιμο νερό. Ο ζεόλιθος είναι επίσης ικανός να μειώσει τα επίπεδα σιδήρου μέχρι κάποιο βαθμό μέσω των ιδιοτήτων προσρόφησης και ανταλλαγής ιόντων.
