زئولیت 4A

 مقاومت فیزیکی بالا

ظرفیت و نرخ جذب بالا

 مقاوم در برابر شرایط هیدروترمال

حالت پودری این ترکیب سفید، بی بو و با ظرفیت تبادل یونی کلسیم قوی و بدون آلودگی برای محیط زیست است. این یک ماده شوینده بدون فسفات ایده آل برای جایگزینی تری پلی فسفات سدیم است. ظرفیت جذب سطحی قوی دارد و یک جاذب و خشک‌کننده ایده‌آل است. در آب و حلال های آلی نامحلول است و می توان آن را در باز قوی و اسید قوی حل کرد. هنگامی که دما بیش از 800 درجه سانتیگراد است، ساختار سیلیس سفید با تبلور مجدد تشکیل می شود. آب، مایع، گاز و مواد آلی غیراشباع جذب شده وجود دارد. توانایی تبادل یون کلسیم را دارد. در صنایع نفت و سایر صنایع برای خشک کردن، آبگیری و تصفیه گازها و مایعات و همچنین به عنوان کاتالیزور و نرم کننده آب استفاده می شود.

1- کاتالیزوری: به طور گسترده زئولیت ها به دلیل پایداری حرارتی و شیمیایی و ظرفیت بالا به عنوان کاتالیزور در انجام واکنش های کاتالیستی مورد استفاده قرار می گیرند.

2- تصفیه آب: در تصفیه آب کارایی بالایی دارد  بدینگونه که زئولیت 4A یون های کلسیم (Ca²+) و منیزیم (Mg²+) را از آب معمولی گرفته و آن را نرم می کند و مقادیر معادل کاتیونهای سدیم را آزاد می کند و در نتیجه فرآیند شستشوی کلی را بهبود می بخشد.

3- حذف آب در گازها: زئولیت 4a یک زئولیت مصنوعی است که با یک فرآیند حرارتی به منظور حذف آب فعال می شود. برای مثال به منظور حذف آب از گاز طبیعی که یک منبع انرژی انتقالی مهم است. اجزای اصلی گاز طبیعی از یک مخزن عبارتند از متان (CH₄)، سولفید هیدروژن (H₂S)، دی اکسید کربن (CO₂) و آب (H₂O). علاوه بر این، هلیوم (He) و هیدروکربن های سنگین تر (مانند اتان، C₂H₆، پروپان، C₃H₈، بوتان، C₄H₁₀ و غیره) نیز می توانند در گاز طبیعی غنی وجود داشته باشند. در حالی که غلظت اجزای گاز طبیعی از منبعی به منبع دیگر متفاوت است، گاز طبیعی خام همیشه با آب در سرچاه و پس از تصفیه آبی آلکانولامین اشباع می شود. این آب می تواند منجر به خوردگی خط لوله و تشکیل هیدرات ها در طول حمل و نقل و پردازش بیشتر شود. بنابراین، آب قبل از حمل و نقل در گاز فروش یا قبل از مایع سازی برودتی حذف می شود.

4-  صنعت شوینده: مهمترین کاربرد زئولیت A تولید شده به طرق مختلف به عنوان جایگزین فسفر در پودرهای شوینده و دترجنتهای کمکی شستشو و جایگزین فسفات (تری پلی فسفات) است.

5- قابلیت عمکرد به عنوان مبادله کننده های یونی

6- حذف آلاینده های محیط زیست: توانایی مطلوب در جذب گازها، بخارات و مایعات به دلیل سینتیک جذب مطلوب و ظرفیت جذب بالا به عنوان یک جاذب معیار مثلا برای جذب CO₂ در نظر گرفته می شوند.

به منظور سنتز زئولیت های A میتوان از دو منبع اولیه یعنی منابع طبیعی دارای سیلیکون و آلومینیوم نظیر کائولن و یا استفاده از سیلیکات سدیم و آلومینات سدیم بهره برد که نوع ماده اولیه تاثیر مهمی بر خواص زئولیت سنتزی دارد و طبق برخی گزارشات ترکیب نهایی حاصل از دومی به نمونه های تجاری نزدیکتر می باشد. درواقع عمده تفاوت در روش سنتز این زئولیتها تفاوت در نوع مواد اولیه و شیوه عملیاتی است.

1- روش هیدروترمال: روش مرسوم برای سنتز زئولیت ها روش گرمابی یا هیدروترمال می باشد. زئولیت 4 Aزیرمیکرون از روش سنتز هیدروترمال عمومی تولید می شود، محلول آلومینات سدیم و محلول سیلیکات سدیم در شرایط هیدروترمال مخلوط شده، استیرر شده و در یک اتوکلاو به مدت 30-40 دقیقه در درجه حرارت 70-100 درجه سانتیگراد واکنش می دهند. ترکیب متبلور شده شسته و خشک می گردد.

2- هیدروترمال با ماکروویو: که مکانیسم ماکروویو را میتوان اینگونه شرح داد: از یک طرف، امواج مایکروویو توسط یک نوسانگر الکترومغناطیسی تولید می‌شوند که تحت میدان الکتریکی حدود 2300 ولت کار می‌کند. این امواج کوتاه توسط یک مگنترون تقویت می‌شوند و یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند که الکترون‌ها را از کاتد به آند منتقل می کند. الکترون ها بوسیله این تشدید کننده ها مارپیج می شوند تا نوسانات را در فرکانس بالا ایجاد کرده و نگه دارند در نتیجه با ماکروویو توزیع در تمام جهات همگن است. از سوی دیگر، مولکولی آب دوقطبی تحت تأثیر این میدان الکترومغناطیسی قوی، 2.45 میلیارد بار در ثانیه قطبیت خود را تغییر می دهد. به دلیل اصطکاک ایجاد شده بین مولکول های آب، گرما ایجاد می شود و نمونه به سرعت به طور همزمان و به طور یکنواخت در داخل راکتور مایکروویو گرم می شود. اما در روش هیدروترمال عمومی، گرما به تدریج از منبع گرما به دیواره‌های راکتور و سپس به نمونه منتقل می‌شود که منجر به گرادیان‌های گرمایی می‌شود که گرما را به طور یکنواخت در سراسر مواد موجود در راکتور هیدروترمال معمولی توزیع نمی‌کنند. با توجه به تفاوت در این مکانیسم انتقال حرارت، گزارش‌هایی وجود دارد که تاکید می‌کند دوره‌های زمانی بسیار کوتاهی برای سنتز زئولیت از طریق مسیرهای به کمک مایکروویو در مقایسه با روش معمول هیدروترمال مورد نیاز است. به عنوان مثال، با استفاده از روش مایکروویو، چنگ و همکاران. زئولیت A را با موفقیت تنها در 20 دقیقه (در 100 وات) سنتز کردند.  

3- روش نمک زیر مذاب و هیدروترمال: سنتز از طریق نمک زیر مذاب که هزینه تولید غربال مولکولی با استفاده از متد فعال سازی نمک زیر مذاب به شدت کاهش  و سلامت و سبز بودن افزایش می یابد.

4- روش سل_ژل: این روش با تغییر در زمان تبلور و پیری و حجم استفاده شده، تنها یک فاز کریستالی با ذراتی یکنواخت به دست آمد. برای SiO₂/Al₂O₃, Na₂O/SiO₂،H₂O/Na₂O از نسبت های مناسب استوکیومتری استفاده شد. این ژل پیش ساز با مخلوط کردن 1 گرم متاکائولن 900 (کائولن قبلا در دمای 900 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت کلسینه شده بود) با 3/13 میلی لیتر از سدیم هیدروکسید 75/2 مول بر لیتر تهیه شد. سنتز با افزودن ژل پیش ساز به اتوکلاو با روکش تفلون و کوپل شده با یک حمام آب در دمای 70 درجه سانتیگراد و اسیرر شده به مدت دو ساعت و استراحت در 30 درجه سانتیگراد به مدت 18 ساعت. مواد ساخته شده 5 بار مورد شستشو با آب مقطر قرار میگیرند، حال سانتریفیوژ شده و یک شب خشک می شود در دمای 60 درجه سانتیگراد. مواد اولیه دراین فرآیند همچنین می تواند تترا اتیل اورتو سیلیکا بعنوان منبع سیلیس و کلرید آلومینیوم یا سولفات آلومینیوم بعنوان منبع آلومینیوم باشند، اتانول بدون آب یا آب مقطر بعنوان حلال. مواد دارای درجه خلوص مناسب هستند لذا بدون تصفیه مورد استفاده قرار میگیرند.

5- همجوشی قلیایی: یک فرآیند سنتز زئولیت 4A با همجوشی قلیایی و ژل شدن با استفاده از کائولن را نشان می‌دهد که این فرآیند شامل: آسیاب کردن یکنواخت کائولن در مخلوط با قلیایی، به دنبال آن کلسینه کردن، استخراج با آب، ژل شدن و کریستالیزاسیون برای سنتز زئولیت 4A است. این اختراع در طیف گسترده ای از کائولن مناسب، عملکرد ژل شدن خوب، میزان استفاده بالا و روش های ساده و کاربردی آن سودمند است.

فلوچارت سنتز سل_ژل هیدروترمال با استفاده از سیلیکات سدیم و سیلیکات آلومینیوم

فلوچارت سنتز هیدروترمال با استفاده از منبع طبیعی کائولن