Цеолиты в водоподготовке

Не только активированные угли обладают способностью адсорбировать разные вещества, содержащиеся в воде. Для этих целей также подходят цеолиты. Это минералы на основе алюмосиликатов, способные к сорбции, ионному обмену и каталитическим процессам. Различают природные и синтетические цеолиты.

Природные цеолиты

Природными цеолитами называют материалы на основе алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов с формулой X_y[Al_aSi_b-aO₂]_c*dH₂O,

где X — Na, K, Ca, Ba, Mg, Mn, Sr.
a, b, c, d — количества атомов и молекул в составе цеолита.

Чаще в состав алюмосиликатов входит натрий и кальций.

Эти материалы используются с 18 в. Свойство цеолитов, которое отличает их от других минералов — способность не изменяя кристаллическую решетку поглощать воду и отдавать ее при нагревании. Всего насчитывается около 40 природных цеолитов.

Среди самых распространенных природных цеолитов следующие минералы:

• шабазит (Ca₂[Al₄Si₈O₂₄]*13H₂O);
• морденит (Na₈[Si₄₀O₉₆]*24H₂O);
• натролит (Na₁₆[Al₁₆Si₂₄O₈₀]*16H₂O);
• гейландит (Ca₄[Al₈Si₂₈O₇₂]*24H₂O);
• десмин (Na₂Ca₄[Al₁₀Si₂₆O₇₂]*34H₂O);
• клиноптилолит (Na₆[Al₆Si₃₀O₇₂]*24H₂O)

Все они отличаются плотностью, размером пор, истираемостью и измельчаемостью, набухаемостью, ионообменной емкостью,  а поэтому находят применение при разных условиях водоподготовки.

Чаще всего для очистки воды применяют клиноптилолит. Это легкий минерал с плотностью около 2,2 г/см³ и порами 0,44-0,72 нм. Отличается химической стойкостью и истираемостью, не превышающей 0,75%. Его можно восстанавливать раствором поваренной соли.

Все природные цеолиты имеют адсорбционные полости, в которых находится вода. Эти полости соединены друг с другом входами-окнами, пропускающими молекулы соответствующего размера, который определяет так называемый критический диаметр — максимальный диаметр молекулы, подверженной захвату. За счет такого устройства цеолиты часто называют молекулярными ситами, т.к. их можно использовать для разделения веществ с разным размером молекул.

Природные цеолиты обладают высокой грязеемкостью по взвешенным примесям. Обычно она превышает способности кварцевого песка в 1,3 и больше раз. Также цеолиты на более чем 80% задерживают вирусы и бактерии.

Синтетические цеолиты

Синтетические цеолиты используют с середины 20 века. Их производят путем кристаллизации смеси алюмината и силиката натрия при температуре 100 градусов. К кристаллиту добавляют до 20% глины и получают гранулированный материал диаметром около 4 мм. Кроме шарообразных гранул изготавливают также гранулы цилиндрической формы.

Синтетические цеолиты обладают теми же сорбционными и ионообменными свойствами, что и природные, но меньше подвержены истиранию, а их характеристики более предсказуемы.

В зависимости от строения, различают синтетические цеолиты с молекулярными ситами двух типов:

• А. Сито в виде усеченного октаэдра из кремния, алюминия и кислорода. В структуре материала также имеется кальций, натрий и калий. Октаэдры образуют полый куб с шестью проницаемыми гранями — кристалл содержит сотни и тысячи миллионов таких элементов. Размер пор составляет 30-50 нм и зависит от того, какие ионы образуют сито.
• Х. Имеет схожий состав с ситами типа А, но структурные единицы связаны друг с другом через грань в виде правильного шестиугольника. Диаметр пор около 100-130 нм.

Молекулярные сита находят применение в обработке жидкостей и газов за счет процессов адсорбции, который можно контролировать, обеспечивая большую селективность к интересующим примесям. В поры молекулярного сита обычно проникают молекулы, размер которых не превышает критический диаметр. В случае конкуренции двух молекул подходящего размера преимущество у той, у которой больше полярность. Примером может служить сушка воздуха при озонировании. Молекулы кислорода, воды и азота имеют размер меньше 40 нм. Но у воды больше полярность, и именно она адсорбируется в цеолите.

Преимущества и недостатки

Цеолиты позволяют не только сорбировать вещества с определенным размером молекул, но и эффективны при использовании в качестве ионообменных материалов. Они имеют жесткую, почти не набухающую однородную структуру.

Благодаря селективности к кальцию и мелкодисперсной структуре возможно использование цеолитов и при производстве моющих средств как альтернатива полифосфатам для умягчения воды.

Однако есть у таких материалов и недостатки: селективность цеолитов ограничена размером полостей и окон, поэтому в обменных процессах могут участвовать только небольшие ионы. Из-за этого может наблюдаться неполный обмен, когда замещается только один вид ионов.

Природные цеолиты могут отличаться по ситовому эффекту от партии к партии, что также влияет на селективность этого материла.

В нашем каталоге отсутствуют цеолиты, но мы можем предложить другие фильтрующие материалы для вашей станции водоочистки. Их можно купить как в мешках, так и на развес (или по объему). Работаем по всей Беларуси. Опыт в водоочистке 10 лет. Все вопросы по продукции, представленной в каталоге, можно задать в чате или по телефону.