Цеолитная вода

Цеолитная вода

Цеолитная вода

Цеолитная вода обладает способностью постепенно удаляться из кристаллов в широком диапазоне температур, не разрушая их структуры. [1]

Цеолитная вода содержится в кристаллах цеолитов, но не связана с ними химическими связями. [3]

Цеолитная вода подобна кристаллизационной, но отношение числа молекул НаО к числу молекул безводного вещества может в ней меняться в широких пределах и без нарушения физической однородности вещества. [4]

Цеолитная вода связана с минералами очень непрочно: она выделяется при низких температурах, и количество ее зависит от влажности воздуха. Цеолитную воду часто трудно отличить от гигроскопической. [5]

Цеолитной водой называется вода, содержащаяся в минералах цеолитах. Цеолиты – довольно обширная группа в основном водных алюмосиликатов кальция или натрия каркасного строения с черзвычайно развитой внутренней сетью каналов, заполненных слабо связанными с основной структурой минерала молекулами воды. При нагревании цеолитов вода удаляется из каналов, не нарушая строения минерала. [6]

Удаление цеолитной воды из каналов палыгорскита является выгодным с точки зрения технологии получения стабильных дисперсий. [7]

Наличие цеолитной воды предполагается и у каолинитовых глин. [9]

Удаление цеолитной воды ( полосы поглощения самой воды не проявляются в этой области спектра) не изменяет вид ИК-спе-ктра большинства синтетических цеолитов, содержащих ионы щелочных металлов. Обмен на поливалентные катионы может изменить структуру кристаллического остова, что проявляется в ИК-спектре. S:, находящиеся в сдвоенных 6-членных кольцах. [10]

Удаление цеолитной воды из каналов палыгорскита является выгодным с точки зрения технологии получения стабильных дис-лерсий. [11]

Под цеолитной водой следует понимать состояние, промежуточное между связанной и адсорбированной водой. Удаление цеолитной воды не приводит к разрушению кристаллической решетки и не оказывает влияния на анизотропию и прозрачность кристалла. [12]

Соболева [1 ] цеолитная вода сближается с водой кристаллогидратов и выделяется как подтип кристаллизационной воды, обособленный от типа адсорбционной воды. Соболев подчеркивает, что молекулы цеолитной воды занимают в кристаллической решетке определенное положение, вода входит в такие минералы ( в предельном случае) в определенном количестве, так же как и в прочие кристаллогидраты, являясь лишь подтипом кристаллизационной воды [ 1, стр. [13]

Число молекул цеолитной воды , а также других молекул, которые могут быть адсорбированы дегидратированным цеолитом, определяется объемом свободного внутрикристаллического пространства. [14]

По расположению цеолитной воды и ОН-группы в октаэдри-ческом слое бескатионная форма, по-видимому, почти не отличается от магниевой. [15]

Вода в минералах. Классификация. Вода в цеолитах

Вода в минералах. Классификация

Относительно воды в минералах в литературе существуют самые различные термины и классификации. Остановимся вкратце на них, чтобы было ясно, относительно какой из разновидностей воды идет речь. По литературным данным вода в минералах бывает:

– вода твердых коллоидов,

Вода конституционная находится в кристаллической решетке минерала в виде ионов ОН 1– , реже Н 1– и оксония Н2О + ; она переходит в молекулярное состояние лишь при разрушении структуры минерала. При нагревании выделение конституционной воды у каждого минерала происходит в определенном интервале температур от 300 до 1000 °С.

Кристаллизационная вода находится в решетке в виде нейтральных молекул Н2О, занимающих определенные места. Выделение кристаллизационной воды при нагревании происходит при температуре ниже 300 °С. Различаются два типа кристаллизационной воды. Типичная кристаллизационная вода выделяется в узком интервале температур с полным разрушением и перестройкой структуры минерала с изменением его физических свойств: показатель преломления, удельный вес и др.

Цеолитная водаможет выделяется постепенно, в большом интервале температур, и вновь поглощаться при изменении условий, без нарушения физической однородности вещественного состава, но с изменением всех его физических свойств (например, прозрачности, показателя преломления и т. д.).

Молекулы адсорбционной воды находятся на поверхности кристаллических частиц и легко удаляются при нагревании.

Различают межплоскостную воду, адсорбированную на поверхности отдельных слоев в минерале, воду твердых коллоидов (затвердевших гелей) и гигроскопическую воду, механически примешанную к минералу, которая при нагревании полностью удаляется при температуре 105–110 °С. Межплоскостная вода в минералах – вода, характерная для некоторых минералов слоистой структуры (например, монтмориллонита, слюд). Молекулы этой воды располагаются иногда в несколько слоев между нейтральными слоями решетки. По своему типу она приближается к кристаллизационной, а по поведению близка к цеолитной воде, но, в отличие от последней, при выделении ее объем минерала уменьшается, а удельный вес и показатель преломления увеличиваются.

Адсорбционная вода– молекулы связаны с поверхностью кристаллических частиц, образуют вокруг частиц гидратные оболочки.

Такое большое разнообразие терминов по определению воды в минералах вносит большую путаницу, и порой сложно определить, с какой водой имеем дело. Нужна более строгая классификация воды и более современный метод ее отнесения. Наиболее надежными методами являются метод ЯМР и метод ИК-спектроскопии, которые позволяют классифицировать ее по энергии связи с минералом.

Читайте также:  Brit care cat missy for sterilised отзывы

Горные породы характеризуются влагоемкостью и водоотдачей. Влагоемкостью называется способность горных пород вмещать и удерживать определенное количество воды. Высокой влагоемкостью обладают глины; средней – мелкие пески; слабой – галечники. Влагоемкость, определяемая силами молекулярного притяжения на поверхности частиц пород, зависит от диаметра этих частиц. Так, например, влагоемкость частицы диаметром 1 мм равна 1,6 %, а диаметром менее 0,005 мм – 45 %.

Водоотдача – отношение количества воды, которое может отдать порода, к общему содержанию воды в ней. Здесь зависимость диаметрально противоположна: процент водоотдачи тем больше, чем крупнее частицы породы. Так, у галечников она максимальная, а у глин минимальная.

Все цеолиты по своему химическому составу являются водными алюмосиликатами кальция, натрия, бария, калия. Вопрос о том, в каком виде заключается в силикатах вода, еще далеко нельзя считать решенным. Дело в том, что вода, заключающаяся в них, выделяется из них при различной температуре: у одних при нагревании до сравнительно низкой температуры, у других же только прокаливанием можно выделить всю воду (напр., у натролита вся вода может быть удалена только нагреванием до 300°). Интересно то, что лишенные воды цеолиты. способны во влажном воздухе снова возмещать потерянную воду, причем все прежние физические свойства тоже восстановляются.

Если тонкий обломочек цеолита ввести в самое горячее место пламени паяльной трубки, то он очень быстро сплавляется, после чего вода из продолжающих нагреваться внутренних частей минерала не может выйти на воздух, она вздувает это новообразованное стекло, и кусочек цеолита перед паяльной трубкой начинает увеличиваться в объеме, изгибаться, местами в нем появляются боковые вздутия, а иногда и довольно большие выросты. Эта особенность минерала, свидетельствующая о его легкоплавкости и содержании в нем воды, и дала название всей минеральной группы.

Присутствие воды – характернейший признак цеолитов – можно обнаружить и иначе. Если на дно пробирки насыпать порошок цеолита и осторожно нагреть его так, чтобы верхняя часть пробирки осталась холодной, то очень скоро вода, выделяющаяся из нагревающегося цеолита, в виде капель осядет на холодных стенках пробирки.

Вода в цеолитах имеет еще одну особенность. Если нагревание цеолита относительно невелико и не превышает 300–400°, то из цеолита постепенно выделяется значительная часть содержащейся в нем воды. При этом структура цеолита не разрушается, и если после охлаждения или в процессе охлаждения минерал будет помещен во влажную атмосферу, он снова очень активно поглощает воду и восстанавливает все свои свойства. Такая легко отдаваемая и вновь восстанавливаемая вода в структуре минерала получила даже название «цеолитной воды».

Своеобразны и некоторые другие свойства цеолитов. Они, например, как оказалось, очень легко подвергаются так называемому ионному обмену; в результате обработки цеолита растворами, содержащими какой-либо катион (металл), присутствующие в составе минерала щелочи и щелочные земли могут заменяться этим новым катионом, даже таким, как серебро.

Причина этих необычных особенностей цеолитов заключается в их структуре. Для структуры цеолитов, как и для структуры полевых шпатов, характерен алюмосиликатный каркас, в котором каждый ион алюминия или кремния окружен четырьмя ионами кислорода, а каждый ион кислорода, в свою очередь, связан с двумя ионами этих металлов. Избыточные отрицательные ионы (Напомним, что алюминий трехвалентен и, таким образом, может компенсировать только три, а не четыре кислородных заряда. В результате один заряд кислорода остается «избыточным») компенсируются ионами натрия, кальция или реже калия. Как в структуре полевого шпата, так и в структуре цеолитов эти ионы располагаются в плоскостях кремнекислородного каркаса. В структуре полевого шпата такие полости очень малы, тогда как в структуре цеолитов эти полости крупные и зачастую сообщаются между собой (рис. 1 и 2). В структуре многих цеолитов присутствуют и каналы, пронизывающие всю кристаллическую постройку. Отсюда и большая относительная легкость цеолитов (напомним, что плотность полевых шпатов около 2,6–2,7 г/см 3 , а цеолитов 2,1–2,2 г/см 3 , редко выше). К этим каналам и полостям у цеолитов приурочены щелочные и щелочноземельные катионы, а также молекулы воды; последние сравнительно слабо связаны с каркасом и катионами, и поэтому могут свободно удаляться по каналам без разрушения связей каркаса – это и создает способность цеолита терять воду и набирать ее обратно.

Рисунок 1 – Структурные элементы цеолитов: а – шабазит; б – синтетические кристаллы Линде Х; в – фожазит.

Прямыми линиями соединены центры соседних тетраэдров. Каждая вершина соответствует положению атома Si или Al. Видны широкие каналы, благодаря которым цеолиты используются в качестве молекулярных сит

Читайте также:  Как выглядят щенки спаниеля

3 4

Рисунок 2 – Цеолит NaA (структура типа LTA, размер пор 0,41 нм):

1 – структура; 2 – кристаллы; 3 – молекулярное сито-5A; 4 – молекулярное сито-3А.

Способность цеолитов, потерявших воду, поглощать ее обратно из разных сред, а также молекулярно-ситовая способность – способность избирательно адсорбировать некоторые вещества, была замечена довольно давно, но только в самом начале пятидесятых годов прошлого века начала практически использоваться.

Спектры ЯМР (ядерный магнитный резонанс) цеолитной воды в большинстве природных и искусственных кристаллов семейства цеолитов и их модификаций отвечают фиксированной воде лишь при температурах, не превышающих 200–250 К. Исключение составляют узкопористые цеолиты (натролит, сколецит, томсонит и др.), для которых не фиксируется подвижность молекул воды до 350–400 К.

Интересно, что ИК-спектры узкопористых цеолитов обладают тонкой структурой, как и в случае гипса, что указывает на упорядоченность структуры кристалла в целом.

При температурах свыше 200–250 К спектры ЯМР широкопористых цеолитов резко (в сотни раз) сужаются и приобретают характерную для диффундирующей в кристаллах воды структуру. При этом существенны два факта.

Во-первых, ширина суженного спектра остается постоянной вплоть до температуры дегидратации (200–300° С и более). Это означает, что при всех температурах молекула движется по одному и тому же строго заданному структурой кристалла диффузионному пути в точности так же, как в кристаллогидратах.

Во-вторых, несмотря на низкотемпературную подвижность, сохраняются очень высокие значения температуры дегидратации. Данная особенность резко отличает цеолиты от кристаллогидратов, в которых дегидратация или плавление редко происходит при температурах заметно выше 100 °С.

Природа высокотемпературного гидратированного состояния цеолитов прояснилась только после обнаружения «двухфазного» строения цеолитной воды. Оказалось, что диффузия молекул воды в цеолитных каналах не мешает некоторой части этих молекул быть жестко связанной в цеолитных каналах. Например, в мордените, несмотря на начало диффузионного сужения спектра ЯМР при –100 °С, даже при –110° С остается около 10 % жестко связанной воды (при этом полная дегидратация имеет место лишь при 450 °С).

Было предположено, что эти жестко связанные молекулы подобно пробкам блокируют цеолитный канал, преграждая путь диффундирующим молекулам. Отсюда естественно выдвинуть изохорическую модель цеолитной воды в замкнутом пространстве каналов. Нагрев повышает давление внутри канала а вместе с давлением растет и температура «плавления» цеолитной воды. В соответствии со сказанным диффузию воды в гидратированных цеолитах можно рассматривать как изохорическое (в замкнутом объеме) плавление.

Очевидно также, что эффективность «пробок» в запирании объема каналов связана с их коллективными свойствами, вытекающими из наличия более прочных связей вода-вода в определенных участках цеолитных каналов».

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 1238 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Цеолит для воды: различные области применения

В современном мире в водоочистных системах мы используем, как правило, синтетические фильтрующие материалы. Но совершенно напрасно потребители пренебрегают природными сорбентами, а именно цеолитом – повсеместно распространенным, дешевым, эффективным фильтрующим элементом. В нашей статье мы расскажем вам про цеолит для воды и его характерных особенностях.

Из этой статьи вы узнаете:

Как раньше использовали цеолит для воды

В каких сферах применяют цеолит для воды сегодня

Как использовать цеолит для воды в быту

Как сделать фильтр для воды из цеолита

Как в истории использовали цеолит для воды

Цеолит природный впервые обнаружили еще в XVIII веке. Минерал разнообразных оттенков и плотности характеризуется осадочно-вулканическим происхождением, распространен во многих уголках планеты. Кристаллы определенных видов пользуются спросом со стороны коллекционеров камней.

Цеолитом называют каркасные алюмосиликаты, добываемые на месторождениях и получаемые синтетическим способом. Их кристаллическую структуру представляют тетраэдры оксидов кремния и алюминия, объединенные в каркасы, имеющие одинаковый размер полостей, заполненных такими элементами, как катионы щелочных и щелочно-земельных металлов и молекулы воды.

Как очистить воду цеолитом и в чем его ценность? Данный камень способен поглощать и терять воду, при этом кристаллический каркас не разрушается. Благодаря своей пористой структуре и разнообразному составу ионов цеолит является незаменимым в таких сферах, как химическая, атомная, пищевая промышленность, сельское хозяйство, быт и медицина.

Раскаленный минерал отличается высокой поглотительной способностью. В начале XX века его использовали в нефтехимии с целью обезвоживания и очистки нефтепродуктов. Вещество способно поглощать не только воду, но и разнообразные химические и биологические загрязнители – от тяжелых металлов, нитратов, пестицидов до радионуклидов и масел. Его используют в газоочистных установках и стоках промышленных предприятий.

Цеолиты стали популярными после аварии в Чернобыле. Опасность радиоактивных изотопов цезия заключается в том, что организм их воспринимает как ионы кальция и калия и накапливает. Ликвидаторы же с целью защиты использовали изнутри только спирт и красное вино.

Читайте также:  Чесотка ушная у кошек лечение ростов

Статьи, рекомендуемые к прочтению:

Ученые из Новосибирска во главе с академиком Василием Ивановичем Богатовым доставили в Припять цеолит. Его размалывали в ступке, смешивали с водой и после смены поили ликвидаторов. Позднее был сделан вывод: у тех участников событий, кто не отказывался от этой «болтушки», признаки лучевой болезни в виде слабости, изменений лейкоцитарной формулы, разрушения зубов проявились в гораздо меньшей степени.

В 1998 году созданный на основе этого материала препарат «Литовит» признан лучшим средством для выведения из организма радиоактивного цезия и стронция. Без использования цеолита водоснабжение населенных пунктов Украины водой после аварии было бы невозможным.

Сокирнит из Закарпатского месторождения используют на всех водозаборных станциях бассейна Днепра. Им же обеззараживали сбрасываемые в Припять стоки со станции. Пропускание через двухметровый слой цеолита снижает зараженность воды изотопами на два порядка.

Считают, что вода после обработки с помощью природного цеолита приобретает целебные свойства. Природный цеолит часто используют в растениеводстве и овощеводстве. За счет данного природного камня увеличивается всхожесть семян, растения начинают расти быстрее, укрепляется их корневая система. Известный факт, что кристаллическая решетка цеолита содержит множество микроэлементов.

Цеолит активирует в организме человека производство коллагеновых волокон, которые, в свою очередь, влияют на состояние кожи, волос и ногтей. Данный минерал способствует выводу токсинов из организма, а если добавить его в крем и сыворотку, то он очистит кожный покров от шлаков.

Используют цеолиты-клиноптилолиты для пищевых и лечебных целей. Их кристаллы отличаются овальной формой, именно поэтому не повреждают слизистую кишечника и желудка. Поры цеолита очищают воду от аммиака, метана, сероводорода, а также сохраняют аминокислоты, витамины, белки и иные органические соединения, имеющие сложную структуру.

Таким образом, в отличие от иных сорбентов, вы можете использовать цеолиты-клиноптилолиты довольно длительное время. Природный цеолит не всасывается в желудочно-кишечном тракте, не попадает он и в кровь, а только забирает опасные для организма вещества, насыщая его полезными микроэлементами.

И в косметике также используют различные свойства цеолита – поглощение, питание, активацию и сохранение. Так, природные соли и измельченный цеолит способны глубоко очистить кожу лица и тела. Природные соли на влажной коже человека вместе с измельченным цеолитом, удаляют опасные для организма частицы, даже прочно «закрепленные» в волокнах кожного покрова. Цеолит вытягивает вредные элементы из кожи, захватывает и «закрывает» их в своей структуре. После прохождения данной процедуры достаточно просто смыть цеолит, который удерживает в себе данные вещества.

Этот камень также отличается избирательным обменом частицами: забирает опасные и вредные для организма элементы, и в то же время поставляет необходимые микро-, макроэлементы. За счет того, что цеолит не дает измельченному сырью подвергнуться окислению, порошковые косметические средства сохраняют ценные активные качества и хранятся долгое время без добавления каких-либо консервантов.

Природный цеолит активно используется для фильтрации воды в домашних условиях и для других целей, к примеру, чтобы удалить запахи из холодильника. Высыпав 300 граммов цеолита в открытую емкость и поместив ее в холодильник возле вентилятора, вы нейтрализуете высокий уровень влажности и запахи. Следует менять содержимое тары один раз в три месяца.

С помощью воздухопроницаемого мешочка с 400 граммами цеолита в туалете также избавит вас от неприятного запаха. Если вы предрасположены к аллергическим реакциям, то вы можете нейтрализовать часть аллергенных факторов, разместив в доме упаковки с цеолитом, общий вес которых должен быть не более 2 кг. Вредные микрочастицы поглотятся, микроклимат улучшится. Сейчас осуществляются только первые шаги в изучении и освоении данного уникального природного камня. Но уже становится абсолютно ясно, что физико-химические свойства цеолита открывают широчайшие возможности для человека.

Цеолит для очистки воды сегодня

Под цеолитовой водой подразумевают жидкость, очищенную посредством цеолитов. Таким образом, цеолиты представляют собой большую группу близких по составу и особенностям минералов.

Камень имеет такое название не просто так. Цеолит представляет собой структурный каркас с пустотами, занятыми молекулами воды и катионами. Если цеолит подвергнуть нагреванию, тогда жидкость в нем начнет испаряться, образуя пар. А при охлаждении он опять вберет в себя жидкость из атмосферы.

Цеолиты искусственного происхождения активно используются в водоочистительных установках, их используют как доноры и акцепторы электронов.

Цеолит обладает молекулярно-ситовыми и ионообменными свойствами. А значит, данный минерал способен впитывать различные вредные вещества, выделяя при этом полезные элементы. Соответственно, цеолитовая вода – достаточно чистая.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector