Na podstawie danych literaturowych podano ogólną charakterystykę zeolitów, głównie z zakresu występowania, własności i zastosowania. Zwrócono uwagę na ich znaczenie w szeroko pojętej ochronie środowiska. Przedstawiono stan badań nad syntezą zeolitów syntetycznych.
EN
Taking as a basis the data from literature a general characteristic of zeolites have been presented, mainly in the aspects of the stability range, properties and applications. Attention was paid to their significance in environmental protection in general. The state of research on the synthesis of zeolits has also been presented.
Zarówno syntetyczne jak i naturalne zeolity, czyli uwodnione krystaliczne glinokrzemiany metali alkalicznych i ziem alkalicznych, o specyficznej strukturze szkieletowej, mają doskonałe właściwości jonowymienne i sorpcyjne, które predestynują je do wielu zastosowań w różnych dziedzinach życia. Ogólnie biorąc, główne kierunki ich wykorzystania to katalizatory dla przemysłu rafineryjnego i petrochemicznego, wypełniacze aktywne dla środków piorących a także różnego rodzaju sorbenty. Te ostatnie nadają się m.in. do usuwania pierwiastków promieniotwórczych, jonów amonowych i metali ciężkich z wód odpadowych. Naładowane metalami ciężkimi zeolity można zagospodarowywać różnymi sposobami: zestalać w betonie, dodawać do koncentratów przerabianych w hutnictwie, eluować z nich metale roztworem chlorku sodu itp. Opracowano dwustopniowy proces wytwarzania syntetycznego glinokrzemianu sodu (zeolitu A) z roztworów krzemianu sodu i glinianu sodu. W pierwszym etapie wydziela się żel, który następnie w wyniku krystalizacji daje zeolit A. Zbadano jego przydatność do usuwania kationów Cd(2+) i Pb(2+) z rozcieńczonych roztworów modelowych. Wyznaczono pojemność sorpcyjną i wykonano próby regeneracji roztworem chlorku sodu.
EN
Natural and synthetic zeolites are extremely well suited to a wide variety of applications. One of the more important their properties is the ability to absorb heavy metal ions. The metal loaded zeolites may be immobilized, i.e., vitrified and encased in concrete. However, there are some methods for the recovery of valuable metals, e.g., by adding the ladden material to the concentrate entering the smelter, or alternatively, the metal content can be retrieved by using hydrometallurgical techniques (elution of zeolite bed with a high pH sodium chloride solution. A two stage process for obtaining synthetic sodium aluminosilicate from sodium silicate and sodium aluminate solutions was developed. In the first stage, a sodium aluminosilicate hydrogel is precipitated which is subsequently crystallized to the final product (zeolite 4A). The product was investigated for its suitability to remove Cd(2+) and Pb(2+) ions from dilute water solutions. Its ion exchange capacity determined for Cd(2+) and Pb(2+) amounts to 1,8 and 1,4 mval/g, respectively.
Basic properties of inland and Chinese zeolites for some ionic species removal from simulated low-activity liquid waste have been studied. Domestic clinoptilolite originates from the industrial deposit Nizny Hrabovec inland - from the East Slovakian locality of Bysta and Chinese clinoptilolite - from the south-eastern Hubei region. Physicochemical and mineralogical characteristics of the mineral samples were investigated using various techniques, i.e. X-ray powder diffraction, water vapour desorption, ion-exchange and chemical analysis. Concentrations of ions in aqueous solutions have been measured predominantly radiometrically (Ag+ ions' concentration by atomic absorption spectrometry and by gravimetry). On the basis of the dimensionless ion-exchange isotherms plotted for the systems studies as well as on the basis of the calculated selectivity coefficients, the selectivity preference of the zeolites has been concluded and the process has been described mathematically.
PL
Zbadano podstawowe właściwości słowackich i chińskich zeolitów w zastosowaniu do usuwania jonów z płynnych ścieków o niskiej aktywności. Słowackie klinoptilolity pochodziły ze złoża w Niżnym Hrabowcu, mordenity - z Byszty (wschodnia Słowacja), a chińskie klinoptilolity - z południowo-zachodniej prowincji Hubei. Fizykochemiczne i mineralogiczne właściwości próbek powyższych minerałów zbadano, stosując różne metody (np. rentgenograficzną dyfrakcję proszkową, desorpcję pary wodnej, wymianę jonową i analizę chemiczną). Stężenie jonów w roztworach wodnych zmierzono radiometrycznie (stężenie jonów srebra spektrograficznie i grawimetrycznie). Korzystając z bezwymiarowych izoterm wymiany jonowej i obliczonych współczynników selektywności, określono selektywność zeolitów i matematycznie opisano proces.
The article presents properties of black coal ash and underlines their utilization as absorbents. During coal combustion in melting boilers, mineral novelties (aluminosilicates of Fe, Ca, K, Na and others) akin to zeolites (phillipsite, klinoptilolite and others) are created. The study of mineralogical composition of fly ash zeolites and results of laboratory research confirmed their selective sorptive properties to Pb, Cu, Cd, NH4+. The adsorption isotherms of Pb were measured in fly ash samples with a high content of loss on ignition (LOI) in particular grain classes (22-84.8% LOI). According to the results, the adsorption of Pb2+ depending on a surface area size of particular fly ash samples does not show considerable deviation within sorptive strength.
PL
W artykule przedstawiono właściwości popiołu ze spalania węgla pod kątem jego utylizacji jako absorbentu. Podczas spalania węgla w topielniku tworzą się nowe minerały (glinokrzemiany Fe, Ca, K, Na i innych) podobne do zeolitów (filipsyt, klinoptilolit i in.). Analiza składu mineralogicznego popiołów oraz wyniki badań laboratoryjnych potwierdziły ich selektywną zdolności sorpcji Pb, Cu, Cd, NH4+. Wyznaczono izotermy adsorpcji Pb na popiołach o wysokich stratach prażenia (LOI), w szczególności w przedziale 22-84,8% w poszczególnych klasach uziarnienia. Stwierdzono, że adsorpcja Pb2+ zależy od wielkości powierzchni popiołu. Nie stwierdzono różnic zdolności sorpcyjnej pomiędzy różnymi próbkami popiołów.
This study examined the process of filtering of infiltrated water containing exessive amounts of iron, manganese, and fulvic acids through two filtration beds-sand and zeolite-exhibiting catalytic properties. The fulvic accids, that were added to the filterd water were extracted from mud in Kołobrzeg. The zeolite bed was modified with manganese oxide using our own technoogy and required periodic regeneration using 0.3% KMnO_4 solution. Our study showed the fulvic acids' negative effect on the process of water purification. The zeolite bed reduces this effect and is more effective than the quartz sand bed.
PL
W pracy przebadano proces filtracji wody infiltracyjnej o nadmiernej ilości żelaza, manganu i kwasów fulwowych przez dwa złoża filtracyjne: piaskowe i zeołitowe wykazujące właściwości katalityczne. Kwasy fulwowe dodawane do filtrowanej wody ekstrahowano z kołobrzeskiej borowiny. Złoże zeolitowe było modyfikowane tlenkami manganu według własnej technologii i wymagało okresowej regeneracji 0,3% roztworem KMnO(. Badania wykazały ujemny wpływ kwasów fulwowych na procesy oczyszczania wody. Złoże zeolitowe pomimo trudnych warunków oczyszczania wody jest efektywniejsze od złoża kwarcowo-piaskowego.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Molecular sieves are porous, crystalline materials usually synthetic or natural zeolites, that contain well-defined pores of precise and uniform size. The term zeolite originally described a group of natural crystalline aluminosilicates, however nowadays the term covers many different materials such as aluminophosphates or gallium-silicalites. During the last few decades microporous and mesoporous materials have been considered for medical use due to biological properties and stability in biological environment [1-4]. Zeolites have been investigated as drug carriers, dietetic supplements, antimicrobial agents or as adjuvants in anticancer therapy [3–9]. Unique "magnetic" zeolite was obtained by Shan et al. Zeolite nanocrystals were in situ combined with superparamagnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticles in the hydrothermal synthesis procedure. An high amount of enzymes adsorption and a good biocatalytic performance is shown by those newly formed magnetite/zeolite composite nanoparticles [15]. Zeolite of the CuX type has been used as a support for a antitumoral drug-cyclophosphamide. The in vivo tests show that the intensity of the antitumoral effects of the CuX zeolitecyclophosphamide system is similar in comparison to the one achieved by cyclophosphamide alone [21]. Ion-exchanged zeolites have also been used as a novel approach to storage and delivery of nitric oxide (NO) [16]. Zeolite surface coatings offer antimicrobial protection through the controlled release of antimicrobial agent and can be applied to different types of surfaces or incorporated in many types of polymers [17, 18]. Rivera group prove that both zeolitic materials and drugs could be simultaneously administrated to a patient without any loss of an individual pharmaceutical effect of each product [22]. Zeolite matrix has been also used to stabilize erythromycin solutions. An existing commercial product based on diisopropylsebacate/ethanol solution of 4% erythromycin and zinc acetate (ZinerytŽ, Yamanouchi Pharma) has been compared to analogical system where active compounds are loaded into porous material [26]. Natural clinoptilolite is the main and active component of the antidiarrheal drug acting as adsorbent of bile acids, Aflatoxine B and Glucose [64]. Recent studies show that this material can also be utilized as an adjuvant in anticancer therapy [10–13, 46–47]. The new antacid drug NeutacidŽ is based on the neutralizing capacity of the purified natural zeolite – clinoptilolite from the Tasajera deposit (Cuba) for therapy of patients suffering from hyperacidity produced by gastric dyspepsia and gastric-duodenal ulcer [50]. Mesoporous material MCM-41, due to the pore size tunability and functionalization possibilities, can especially encapsulate a variety of different drug molecules and release them in controlled ways [27, 28, 30–36]. Zeolites containing silver ions are used as antimicrobial agents [53–57]. Zeolites are the main ingredient of commercially available anti-bleed agents [67].
The natural ultramarine (lazurite, lapis lazuli) has been known and valued since the ancient times as semiprecious gem applied for jewelry, artistic works, decoration and painting. In Middle Ages it was used as excellent, but very expensive pigment. At the beginning of the nineteenth century a method of synthesis of artificial ultramarine has been discovered and it soon became a common inexpensive commercial product applied mostly for production of paints and as an optical brightener. The procedure included heating of the substrate mixtures (kaolin, sulfur, sodium carbonate, reducing agent) in kilns at high temperature (800°C). The technology of ultramarine production has not been substantially changed up to now, whereas the law regulations concerning environment protection imposed in the twentieth century could not accept a serious air pollution (SO2, H2S) always accompanying the production process. Therefore, searching for novel, environmentally friendly procedures becomes challenging. Ultramarine is an aluminosilicate with sodalite structure that contains sulfur anion-radicals (mostly •S3-) combined with Na+ cations embedded inside ?-cages. The sulfur radicals play a role of chromophores (•S3- blue, •S3- yellow). Sodalite is a zeolite and the sodalite units (?-cages) are constituents of structure of several zeolites (LTA, FAU, LTN, EMT). The use of zeolitic structures for encapsulation of sulfur anion radicals appeared very promising. The direct introduction of sulfur radicals from aprotic solutions of oligosulfides [27] was not successful but the thermal treatment of zeolites mixed with sulfur radical precursors (NaSn, S + alkalis) resulted in colored products analogous to ultramarine [24-26, 30, 31]. Zeolites A seem the most useful for preparation of sulfur pigments but other zeolites can be applied as well. The products of various colors (yellow, green blue and sometimes pinky) and shades can be obtained by choosing appropriate zeolite, radi-cal precursor, kind and content of alkaline cation in the initial mixture, temperature (400-800°C) and time of treatment. It was found that zeolite structure can be maintained upon the thermal treatment or it can be transformed (mostly towards SOD) under highly alkaline thermal treatment. The sulfur radicals can also be embedded inside smaller than ?-cages (e.g. CAN) which favors a generation of smaller radicals (i.e. •S2-) [39-42]. It is also possible to incorporate the sulfur compounds into zeolites during their crystallization and then a generation of radical upon heating. The sulfur pigments based on non aluminosilicate matrices (e.g. AlPO4-20) can be also obtained [38, 53]. Generally use of zeolites allows to obtain ultramarine-like pigments with broad range of colors under much milder than conventional conditions and with much lower emission of polluting agents.
The increasing range of the application of zeolites in various areas of technology bodes well for their use in heat pumps. This paper presents the concept of a zeolite application in a heat pump solution, operating with two absorber/desorber zeolite heat exchangers in conjunction with a heat distribution system. The expected gain in heating efficiency in the new solution is considerable in comparison with a conventional gas boiler, and even with a condensation boiler. The emission of CO2 can be reduced by ca. 30% when compared with a regular gas boiler.
PL
Wzrastające zastosowanie zeolitów w różnych obszarach techniki i technologii rokuje nadzieje na wykorzystanie tego materiału w pompach ciepła. Przedstawiono koncepcję wykorzystania zeolitów w pompie ciepła pracującej w podwójnych układzie dwóch zeolitowych wymienników ciepła absorber-desorber, jak również w instalacji do ogrzewania współpracującej z tą pompą. Spodziewany wzrost sprawności ogrzewania dzięki nowemu rozwiązaniu w porównaniu ze sprawnością zwykłego kotła gazowego, a nawet kotła kondensacyjnego, jest znaczny. Emisja CO2 w porównaniu z emisją podczas spalania gazu w zwykłym kotle gazowym zostanie zredukowana o około 30 %.