Цеолит природный (клиноптилолит) представляет собой водный каркасный алюмосиликат. Внутри отрицательно заряженного каркаса находятся положительно заряженные ионы щелочных и щелочноземельных металлов, которые компенсируют заряд решетки и способны участвовать в реакции ионного обмена.
Применение
Природный цеолит в качестве загрузочного материала может использоваться на всех станциях водоподготовки, имеющих в своем составе фильтровальные сооружения любого типа и конструкции.
В основном цеолит применяется:
- Для удаления ионов аммония (ионобменник);
- Для удержания тяжелых металлов (ионобменник);
- Для защиты от радионуклидов (ионобменник);
- В процессе обезжелезивания, как подложка для каталитической пленки и фильтрующая загрузка;
- В процессе механической фильтрации в качестве загрузки с повышенными сорбционными свойствами для защиты последующих загрузок.
Цеолитовые сорбенты для водоочистки представляют собой фракционированную породу, прошедшую специальную переработку. Для очистки воды, как правило, применяется природный цеолит вулканогенно-осадочного типа с содержанием основного минерала клиноптилолита более 70%. Реже применяются модифицированные цеолиты осадочного происхождения с меньшим содержанием клиноптилолита.
Кроме цеолита (клиноптилолита) в породе могут содержаться монтмориллонит, опал-кристобалит, смектит –все эти минералы являются природными сорбентами. Также в качестве примесей порода может содержать кальцит – мел и в небольшом количестве — кварц.
Преимущества
1) Очистка от широкого набора растворенных примесей , коллоидных и механических, биологических.
2) Высокая степень очистки — повышение показателей качества очищенной воды.
3) Большая ионообменная емкость — сокращение промывок, долгая работа до регенерации.
4) Химическая стойкость и восстанавливаемость.
5) Гибкость в модификациях
Термо-механическая активация природного Цеолита
Это новая ветка развития и применения Цеолитов с пониженным содержанием клиноптилолита. Данная активация (термообработка при температуре 550-750*С) позволяет полностью удалить ненужную влагу и выжечь органические соединения из структуры кристаллической решётки клиноптилолита которая несет высокую ионообменную ёмкость продукта. Высокое содержание кальция и низкое содержание алюминия является весомым преимуществом, так как увеличивается грязеёмкость и уменьшается возможность регенерации соединений алюминия и загрязнителя. Тем самым мы получаем высокопористый, ионообменный, модифицированный материал – прочную природную губку, которая по качеству во много раз превосходит традиционные материалы и обладает всеми необходимыми прочностными характеристиками для участия в процессах фильтрации сточных вод.
Кроме того, применение глубокой термо-механической активации природного цеолита позволяет значительно снизить насыпную плотность вещества (т.е. увеличить его объём в 1 тонне), что положительно сказывается на его стоимости.
Механическая очистка
При замене кварцевого песка на цеолит наблюдаются следующие эффекты:
1. Увеличение продолжительности фильтроциклов;
2. Сокращение объема промывных вод;
3. Уменьшение затрат электроэнергии на прокачку во время промывок;
4. Положительное влияние на работу последующих аппаратов (цеолит не просто механический фильтр, а сорбент и ионообменник).
Благодаря тому, что каркас цеолита заряжен отрицательно, в его порах удерживаются положительно-заряженные ионы металлов либо ионы водорода. Цеолит характеризуется эффективным диаметром пор – 4 А, т.е. его поры могут вместить частицы размерами не более 4 А. Благодаря этому у цеолита проявляется селективность — избирательное поглощение. Данное явление называется молекулярно-ситовый эффект.
Селективность поглощения кроме размеров иона также зависит от активности ионов.
Избирательно заменяемые катионы:
Cd2+, Pb+, Zn2+, Ba2+, Sr2+, Cu2+, Fe2+, Mg2+, Hg2+, Cr2+, Al3+, Co2+, Ca2+, Na+, K+, Li+, Ag+, Cs+, Rb+, NH4+
Ряд селективности (зависит от состава среды и катионов, уже присутствующих в цеолите):
Cs+ >Rb+ >K+ >NH4+ >Pb+ >Ag+ >Ba2+ >Na+ >Sr2+ >Ca2+ >Li+ >Cd2+ >Cu2+ >Zn2+ Сорбционные способности (удельная поверхность 18-21 м2/г)
Ионообменные способности (ионообменная емкость 1,23 мг-экв/г)