Zeolita

zeolitas son materiales de aluminosilicato cristalino microporoso que se utilizan habitualmente como adsorbentes y catalizadores comerciales. Se componen principalmente de silicio, aluminio, oxígeno y tienen la fórmula general Mⁿ⁺
_1/n(AlO
₂ )⁻
(SiO
₂)
_x･y H
₂O donde Mⁿ⁺
_1/n es un ion metálico o H⁺. Estos iones positivos pueden intercambiarse por otros en una solución electrolítica de contacto. H⁺
Las zeolitas intercambiadas son particularmente útiles como catalizadores ácidos sólidos.

El término zeolita fue acuñado originalmente en 1756 por el mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt, quien observó que el calentamiento rápido de un material, que se creía que era estilbita, producía grandes cantidades de vapor a partir del agua que había sido adsorbida. por el material Basándose en esto, llamó al material zeolita, del griego ζέω (zéō), que significa "hervir" y λίθος (líthos), que significa "piedra".

Las zeolitas se producen de forma natural, pero también se producen industrialmente a gran escala. Hasta diciembre de 2018, se identificaron 253 estructuras de zeolita únicas y se conocen más de 40 estructuras de zeolita naturales. Cada nueva estructura de zeolita que se obtiene es examinada por la Comisión Estructural de la Asociación Internacional de Zeolitas (IZA-SC) y recibe una designación de tres letras.

Características

Propiedades

Estructura microscópica de un marco de zeolite (mordenita), montada a partir de la participación en la esquina SiO
₄ Tetrahedra. El sodio está presente como una cation extra-framework (en verde). Los átomos si pueden ser reemplazados parcialmente por Al u otros metales tetravalentes.

Las zeolitas son miembros de aluminosilicato de la familia de materiales microporosos, y consisten principalmente en silicio, aluminio, oxígeno y tienen la fórmula general Mⁿ⁺
_1/n(AlO
₂)⁻
(SiO
₂)
_x･yH
₂O donde Mⁿ⁺
_1/n es un ion metálico o H⁺. El valor de x (relación molar Si/Al) es mayor que 1 y y es el número de moléculas de agua en la unidad de fórmula. Las zeolitas tienen estructuras microporosas con un diámetro típico de 0,3 a 0,8 nm y albergan una amplia variedad de cationes, como Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ y otros. Estos iones positivos a menudo se mantienen sueltos y pueden intercambiarse fácilmente por otros en una solución electrolítica de contacto. Las zeolitas de intercambio catiónico poseen diferente acidez y catalizan diferentes reacciones. La relación Si/Al es mayor que 1 porque las zeolitas no tienen enlace Al-O-Al (regla de Löwenstein).

Están formados por la unión de los átomos de oxígeno de las esquinas de los tetraedros AlO₄ y SiO₄ para formar estructuras de red covalentes. La fórmula general de la zeolita, Mⁿ⁺
_1/n(AlO
₂)⁻
(SiO
₂)
_x, donde Mⁿ⁺
_1/n(AlO
₂)⁻
parte es similar a un enlace iónico y el (SiO
₂)
_x es similar a un enlace covalente. Por lo tanto, las zeolitas tienen propiedades tanto de cristal iónico como de cristal covalente, y el equilibrio de estas propiedades depende de la relación Si/Al (x).

Las relaciones Si/Al por debajo de aproximadamente 3 corresponden a zeolitas naturales y algunas zeolitas sintéticas como las zeolitas tipo A y tipo X. Son útiles como agentes de intercambio iónico debido a su alta capacidad de intercambio iónico. Los adsorbentes de tamiz molecular comercialmente disponibles pertenecen a menudo a este grupo.

Las zeolitas con una relación Si/Al superior a 3 se clasifican como zeolitas con alto contenido de sílice, que rara vez se encuentran en la naturaleza y se sintetizan industrialmente. Poseen alta estabilidad física y química debido a la gran contribución de enlaces covalentes. Tienen una excelente hidrofobicidad y son adecuados para la adsorción de moléculas hidrofóbicas voluminosas como los hidrocarburos. Además de eso, las zeolitas con alto contenido de sílice son H⁺
intercambiables, a diferencia de las zeolitas naturales, y se utilizan como catalizadores ácidos sólidos. La acidez es lo suficientemente fuerte como para protonar hidrocarburos y las zeolitas con alto contenido de sílice se utilizan en procesos de catálisis ácida, como el craqueo catalítico de fluidos en la industria petroquímica.

Zeolite Mordenite con algunos átomos de Si sustituyeron con los átomos de Al.

Además de la adsorción, catalítica y otras propiedades de las zeolitas, también muestra varias propiedades interesantes, p. efecto de ventana, difusión de un solo archivo y efecto de levitación.

El efecto de levitación es un fenómeno de difusión anómalo observado en todos los sistemas con interacciones de van der Waals.

Estructura del marco

Tres maneras de representar la estructura de anillos de 4 miembros de oxígeno de compuestos de silicato.

Comparación de estructuras marco de zeolite tipo LTA (izquierda) y zeolite tipo FAU (derecha)

Hasta diciembre de 2018, se conocen las estructuras estructurales de 253 zeolitas diferentes o sus análogos, casi 200 de las cuales solo pueden sintetizarse artificialmente. Para cada estructura, la Asociación Internacional de Zeolita (IZA) da un código de tres letras llamado código de tipo de marco (FTC). Por ejemplo, los principales tamices moleculares, 3A, 4A y 5A, son todos LTA (Linde Tipo A). La mayoría de las zeolitas naturales comercialmente disponibles son del tipo MOR, HEU o ANA.

En la figura superior derecha se muestra un ejemplo de la notación de la estructura del anillo de la zeolita y otros materiales de silicato. La figura del medio muestra una notación común usando una fórmula estructural. La figura de la izquierda enfatiza la estructura tetraédrica de SiO₄. La conexión de los átomos de oxígeno crea un anillo de oxígeno de cuatro miembros (línea azul en negrita). De hecho, dicha subestructura de anillo se denomina anillo de cuatro miembros o simplemente anillo de cuatro. La figura de la derecha muestra un anillo de 4 con átomos de Si conectados entre sí, que es la forma más común de expresar la topología del marco.

La figura de la derecha compara las estructuras marco típicas de LTA (izquierda) y FAU (derecha). Ambas zeolitas comparten la estructura octaédrica truncada (jaula de sodalita) (línea morada). Sin embargo, la forma en que están conectados (línea amarilla) es diferente: en LTA, los anillos de cuatro miembros de la jaula están conectados entre sí para formar un esqueleto, mientras que en FAU, los anillos de seis miembros están conectados entre sí. Como resultado, la entrada del poro de LTA es un anillo de 8 (0,41 nm) y pertenece a la zeolita de poro pequeño, mientras que la entrada del poro de FAU es un anillo de 12 (0,74 nm) y pertenece a la zeolita de poro grande, respectivamente. Los materiales con un anillo 10 se denominan zeolitas de poro medio, siendo un ejemplo típico ZSM-5 (MFI).

Aunque se conocen más de 200 tipos de zeolitas, solo están disponibles unos 100 tipos de aluminosilicatos. Además, solo hay unos pocos tipos que se pueden sintetizar de manera industrialmente factible y tienen suficiente estabilidad térmica para cumplir con los requisitos para uso industrial. En particular, los tipos FAU (faujasita, USY), ^*BEA (beta), MOR (mordenita con alto contenido de sílice), MFI (ZSM-5) y FER (ferrierita con alto contenido de sílice) se denominan Se han establecido los cinco grandes de zeolitas con alto contenido de sílice y métodos de producción industrial.

Porosidad

El término tamiz molecular se refiere a una propiedad particular de estos materiales, es decir, la capacidad de clasificar selectivamente las moléculas basándose principalmente en un proceso de exclusión por tamaño. Esto se debe a una estructura de poros muy regular de dimensiones moleculares. El tamaño máximo de las especies moleculares o iónicas que pueden entrar en los poros de una zeolita está controlado por las dimensiones de los canales. Estos se definen convencionalmente por el tamaño del anillo de la apertura, donde, por ejemplo, el término "ocho anillos" se refiere a un circuito cerrado que se construye a partir de ocho átomos de silicio (o aluminio) coordinados tetraédricamente y ocho átomos de oxígeno. Estos anillos no siempre son perfectamente simétricos debido a una variedad de causas, incluida la tensión inducida por el enlace entre las unidades que se necesitan para producir la estructura general o la coordinación de algunos de los átomos de oxígeno de los anillos con los cationes dentro de la estructura. Por lo tanto, los poros de muchas zeolitas no son cilíndricos.

Sustitución isomorfa

La sustitución isomorfa de Si en las zeolitas puede ser posible para algunos heteroátomos como el titanio, el zinc y el germanio. Los átomos de Al en las zeolitas también se pueden reemplazar estructuralmente con boro y galio.

El tipo silicoaluminofosfato (tamiz molecular AlPO), en el que el Si es isomorfo con el Al y el P y el Al es isomorfo con el Si, y se conocen el galogermanato y otros.

Ocurrencia natural

Una forma de thomsonite (uno de los zeolitas más raros) de la India

Algunas de las zeolitas minerales más comunes son analcima, chabazita, clinoptilolita, heulandita, natrolita, phillipsita y estilbita. Un ejemplo de la fórmula mineral de una zeolita es: Na₂Al₂Si₃O₁₀·2H₂O, la fórmula de la natrolita.

Las zeolitas naturales se forman donde las rocas volcánicas y las capas de ceniza reaccionan con el agua subterránea alcalina. Las zeolitas también cristalizan en ambientes posdeposicionales durante períodos que van desde miles a millones de años en cuencas marinas poco profundas. Las zeolitas naturales rara vez son puras y están contaminadas en diversos grados por otros minerales, metales, cuarzo u otras zeolitas. Por esta razón, las zeolitas naturales están excluidas de muchas aplicaciones comerciales importantes donde la uniformidad y la pureza son esenciales.

Las zeolitas se transforman en otros minerales bajo condiciones climáticas, de alteración hidrotermal o metamórficas. Algunos ejemplos:

• La secuencia de rocas volcánicas ricas en sílice progresa comúnmente de:
  • Clay → cuarzo → mordenita –heulandite → epistilbite → stilbite → thomsonite → mesolite → scolecite → chabazite → calcite.
• La secuencia de rocas volcánicas de sílice-pobre progresa comúnmente de:
  • Cowlesite → levyne → offretite → analcime → thomsonite → mesolite → scolecite → chabazite → calcite.

Piedras preciosas

Pulido thomsonite

Las thomsonitas, uno de los minerales de zeolita más raros, se recolectaron como piedras preciosas de una serie de flujos de lava a lo largo del lago Superior en Minnesota y, en menor grado, en Michigan. Los nódulos de thomsonita de estas áreas se han erosionado debido a los flujos de lava de basalto y son recolectados en las playas y por buzos en el Lago Superior.

Estos nódulos de thomsonita tienen anillos concéntricos en combinaciones de colores: negro, blanco, naranja, rosa, púrpura, rojo y muchos tonos de verde. Algunos nódulos tienen inclusiones de cobre y rara vez se encuentran con "ojos" de cobre. Cuando se pulen con un lapidario, las thomsonitas a veces muestran un "ojo de gato" efecto (chatoyancy).

Producción

Las zeolitas de importancia industrial se producen sintéticamente. Los procedimientos típicos implican calentar soluciones acuosas de alúmina y sílice con hidróxido de sodio. Los reactivos equivalentes incluyen aluminato de sodio y silicato de sodio. Otras variaciones incluyen el uso de agentes directores de estructura (SDA) como los cationes de amonio cuaternario.

Las zeolitas sintéticas tienen algunas ventajas clave sobre sus análogos naturales. Los materiales sintéticos se fabrican en un estado uniforme de fase pura. También es posible producir estructuras de zeolita que no aparecen en la naturaleza. La zeolita A es un ejemplo bien conocido. Dado que las principales materias primas utilizadas para fabricar zeolitas son sílice y alúmina, que se encuentran entre los componentes minerales más abundantes en la tierra, el potencial para suministrar zeolitas es prácticamente ilimitado.

Extracción de minerales

Natrolite de Polonia

Las técnicas convencionales de minería a cielo abierto se utilizan para extraer zeolitas naturales. La sobrecarga se elimina para permitir el acceso al mineral. El mineral puede explotarse o despojarse para su procesamiento utilizando tractores equipados con palas de desgarrador y cargadores frontales. En el procesamiento, el mineral se tritura, se seca y se muele. El mineral molido puede clasificarse por aire según el tamaño de partícula y enviarse en sacos oa granel. El producto triturado se puede tamizar para eliminar el material fino cuando se requiere un producto granular, y algunos productos granulados se producen a partir de material fino.

A partir de 2016, la producción anual mundial de zeolita natural se aproxima a los 3 millones de toneladas. Los principales productores en 2010 fueron China (2 millones de toneladas), Corea del Sur (210 000 t), Japón (150 000 t), Jordania (140 000 t), Turquía (100 000 t), Eslovaquia (85 000 t) y Estados Unidos (59 000 t). La fácil disponibilidad de roca rica en zeolitas a bajo costo y la escasez de minerales y rocas competidores son probablemente los factores más importantes para su uso a gran escala. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos, es probable que un porcentaje significativo del material vendido como zeolitas en algunos países sea toba volcánica molida o aserrada que contiene solo una pequeña cantidad de zeolitas. Algunos ejemplos de dicho uso incluyen piedra dimensional (como toba volcánica alterada), agregado liviano, cemento puzolánico y acondicionadores de suelo.

Síntesis

Sintético zeolite

Existen más de 200 zeolitas sintéticas que han sido sintetizadas mediante un proceso de cristalización lenta de un gel de sílice-alúmina en presencia de álcalis y moldes orgánicos. En teoría, se podrían hacer muchas más estructuras de este tipo. Además de las variaciones en las estructuras, las zeolitas también se pueden fabricar con una variedad de otros átomos para hacerlas químicamente interesantes y activas. Algunos ejemplos de los llamados heteroátomos que se han incorporado incluyen germanio, hierro, galio, boro, zinc, estaño y titanio. Uno de los procesos importantes utilizados para llevar a cabo la síntesis de zeolitas es el procesamiento sol-gel. Las propiedades del producto dependen de la composición de la mezcla de reacción, el pH del sistema, la temperatura de funcionamiento, la "siembra" previa a la reacción; tiempo, tiempo de reacción así como las plantillas utilizadas. En el proceso sol-gel se pueden incorporar fácilmente otros elementos (metales, óxidos metálicos). El sol de silicalita formado por el método hidrotermal es muy estable. La facilidad de escalar este proceso lo convierte en una ruta preferida para la síntesis de zeolitas.

Aplicaciones

Las zeolitas se utilizan ampliamente como catalizadores y adsorbentes. Su estructura de poros bien definida y acidez ajustable los hacen altamente activos en una gran variedad de reacciones. En química, las zeolitas se usan para separar moléculas (solo pueden pasar moléculas de ciertos tamaños y formas) y como trampas para moléculas para que puedan ser analizadas.

La investigación y el desarrollo de las numerosas aplicaciones bioquímicas y biomédicas de las zeolitas, en particular las especies naturales heulandita, clinoptilolita y chabazita, han estado en curso.

En síntesis orgánica

En química sintética, se prefieren los catalizadores homogéneos debido a su disponibilidad, bajo costo y excelente actividad catalítica, ya que todos los sitios catalíticos están fácilmente disponibles. Pero estos catalizadores homogéneos tienen varias desventajas, como que no son reutilizables y requieren más que la cantidad estequiométrica. Además, algunos otros inconvenientes en su uso incluyen los peligros potenciales en el manejo, toxicidad, naturaleza corrosiva, dificultad en la separación y recuperación y problemas de eliminación debido al efluente ácido. Además de eso, la hidrólisis y purificación del complejo resultante da como resultado subproductos corrosivos. Por lo tanto, la idea básica es encontrar catalizadores sólidos heterogéneos alternativos que sean estables, reutilizables y respetuosos con la naturaleza, y se ha prestado mucha atención a la búsqueda de nuevos que también permitan un mejor procesamiento de los productos de reacción. Entre estos diferentes catalizadores sólidos, se encontró que las zeolitas eran superiores debido a su selectividad de forma, estabilidad térmica y reutilización.

La alquilación y acilación de Friedel-Crafts utilizando zeolitas como catalizador son comunes en la síntesis orgánica.

Intercambio iónico y suavizantes

Las zeolitas se usan ampliamente como lechos de intercambio iónico en la purificación de agua doméstica y comercial, el ablandamiento y otras aplicaciones.

Anteriormente, los polifosfatos se usaban para ablandar el agua dura. Los polifosfatos forman complejos con iones metálicos como Ca²⁺ y Mg²⁺ para unirlos de modo que no interfieran en el proceso de limpieza. Sin embargo, cuando esta agua rica en fosfato pasa al agua de la corriente principal, da como resultado la eutrofización de los cuerpos de agua y, por lo tanto, el uso de polifosfato se reemplazó con el uso de una zeolita sintética.

El mayor uso individual de la zeolita es el mercado mundial de detergentes para ropa. Las zeolitas se utilizan en detergentes para ropa como ablandadores de agua, eliminando los iones Ca²⁺ y Mg²⁺ que de otro modo se precipitarían de la solución. Los iones son retenidos por las zeolitas que liberan iones Na⁺ en la solución, lo que permite que el detergente para ropa sea efectivo en áreas con agua dura.

Catálisis

Las zeolitas sintéticas, al igual que otros materiales mesoporosos (p. ej., MCM-41), se utilizan ampliamente como catalizadores en la industria petroquímica, como en el craqueo catalítico fluido y el hidrocraqueo. Las zeolitas confinan las moléculas en pequeños espacios, lo que provoca cambios en su estructura y reactividad. Las formas ácidas de las zeolitas preparadas suelen ser potentes ácidos sólidos en estado sólido, lo que facilita una gran cantidad de reacciones catalizadas por ácidos, como la isomerización, la alquilación y el craqueo.

El craqueo catalítico utiliza un reactor y un regenerador. La alimentación se inyecta en un catalizador fluidizado caliente donde las moléculas grandes de gasóleo se rompen en moléculas de gasolina y olefinas más pequeñas. Los productos de la fase de vapor se separan del catalizador y se destilan en varios productos. El catalizador circula a un regenerador, donde el aire se usa para quemar el coque de la superficie del catalizador que se formó como subproducto en el proceso de craqueo. El catalizador regenerado caliente se hace circular de regreso al reactor para completar su ciclo.

Reprocesamiento de residuos nucleares

Un investigador de los Laboratorios Nacionales de Sandia examina los viales de SOMS (Sandia Octahedral Molecular Sieve), un zeolite que muestra potencial para la limpieza de residuos radiactivos y metales industriales.

Las zeolitas se han utilizado en métodos avanzados de reprocesamiento nuclear, donde su capacidad microporosa para capturar algunos iones y permitir que otros pasen libremente permite que muchos productos de fisión se eliminen de manera eficiente de los desechos y queden atrapados de forma permanente. Igualmente importantes son las propiedades minerales de las zeolitas. Su construcción de aluminosilicato es extremadamente duradera y resistente a la radiación, incluso en forma porosa. Además, una vez que se cargan con los productos de fisión atrapados, la combinación de zeolita y desechos se puede prensar en caliente en una forma de cerámica extremadamente duradera, cerrando los poros y atrapando los desechos en un bloque de piedra sólido. Este es un factor de forma de desecho que reduce en gran medida su riesgo, en comparación con los sistemas de reprocesamiento convencionales. Las zeolitas también se utilizan en la gestión de fugas de materiales radiactivos. Por ejemplo, después del desastre nuclear de Fukushima Daiichi, se arrojaron sacos de arena de zeolita al agua de mar cerca de la planta de energía para adsorber el cesio-137 radiactivo que estaba presente en niveles altos.

Separación y almacenamiento de gases

Las zeolitas tienen el potencial de proporcionar una separación precisa y específica de gases, incluida la eliminación de H₂O, CO₂ y SO₂ de corrientes de gas natural de bajo grado. Otras separaciones incluyen gases nobles, N₂, O₂, freón y formaldehído.

Los sistemas de generación de oxígeno a bordo (OBOGS) y los concentradores de oxígeno utilizan zeolitas junto con la adsorción por oscilación de presión para eliminar el nitrógeno del aire comprimido y suministrar oxígeno a las tripulaciones aéreas en altitudes elevadas, así como a los suministros de oxígeno domésticos y portátiles.

Animación de adsorción oscilante de presión, (1) y (2) mostrando adsorción alterna y desorción

I	entrada de aire comprimido		A	adsorción
O	Producción de oxígeno		D	desorción
E	agotamiento

Los sistemas concentradores de oxígeno a base de zeolita se utilizan ampliamente para producir oxígeno de grado médico. La zeolita se utiliza como tamiz molecular para crear oxígeno purificado a partir del aire utilizando su capacidad para atrapar impurezas, en un proceso que implica la adsorción de nitrógeno, dejando oxígeno altamente purificado y hasta un 5 % de argón.

El grupo alemán Fraunhofer e.V. anunció que había desarrollado una sustancia de zeolita para su uso en la industria del biogás para el almacenamiento a largo plazo de energía a una densidad cuatro veces mayor que la del agua. En última instancia, el objetivo es almacenar calor tanto en instalaciones industriales como en pequeñas plantas combinadas de calor y electricidad, como las que se utilizan en edificios residenciales más grandes.

Debbie Meyer Green Bags, un producto de almacenamiento y conservación de productos agrícolas, utiliza una forma de zeolita como ingrediente activo. Las bolsas están revestidas con zeolita para adsorber el etileno, que tiene como objetivo retrasar el proceso de maduración y prolongar la vida útil de los productos almacenados en las bolsas.

También se ha añadido clinoptilolita a la comida de los pollos: la absorción de agua y amoníaco por parte de la zeolita hizo que las aves' excrementos más secos y menos olorosos, por lo tanto, más fáciles de manipular.

Las zeolitas también se utilizan como tamiz molecular en bombas de vacío de tipo criosorción.

Almacenamiento y uso de energía solar

Las zeolitas se pueden usar para almacenar termoquímicamente el calor solar obtenido de los colectores solares térmicos, como lo demostró por primera vez Guerra en 1978, y para la refrigeración por adsorción, como lo demostró Tchernev por primera vez en 1974. En estas aplicaciones, su alto calor de adsorción y su capacidad de hidratación y se deshidrata manteniendo la estabilidad estructural. Esta propiedad higroscópica, junto con una reacción exotérmica (liberación de energía) inherente cuando se pasa de una forma deshidratada a una forma hidratada, hace que las zeolitas naturales sean útiles para recolectar calor residual y energía térmica solar.

Emisión de luz

Se descubrió que las zeolitas ayudan a que la plata emita luz de forma natural, lo que puede competir con las luces fluorescentes o los LED.

Materiales de construcción

Las zeolitas sintéticas se utilizan como aditivo en el proceso de producción de mezcla asfáltica en caliente. El desarrollo de esta aplicación comenzó en Alemania en la década de 1990. Ayudan al disminuir el nivel de temperatura durante la fabricación y colocación del concreto asfáltico, lo que resulta en un menor consumo de combustibles fósiles y, por lo tanto, libera menos dióxido de carbono, aerosoles y vapores. El uso de zeolitas sintéticas en mezclas asfálticas calientes conduce a una compactación más fácil y, hasta cierto punto, permite la pavimentación en climas fríos y recorridos más largos.

Cuando se agregan al cemento Portland como puzolana, pueden reducir la permeabilidad al cloruro y mejorar la trabajabilidad. Reducen el peso y ayudan a moderar el contenido de agua al tiempo que permiten un secado más lento, lo que mejora la resistencia a la rotura. Cuando se añaden a los morteros de cal y morteros de cal-metacaolín, los gránulos de zeolita sintética pueden actuar simultáneamente como material puzolánico y como depósito de agua.

Arena para gatos

La arena para gatos que no se aglomera suele estar hecha de zeolita (o diatomita), una forma de la cual, inventada en el MIT, puede secuestrar el metano, un gas de efecto invernadero, de la atmósfera.

Agente hemostática

El agente hemostático de la marca QuikClot, que se usa para detener el sangrado severo, contiene una forma de zeolita cargada de calcio que se encuentra en la arcilla de caolín.

Tratamiento de suelos

Uso experimental de zeolite como estabilizador de suelo en San Miniato, Toscana.

Mezcla de residuos compuestos de producción de vino con zeolitas.

La estructura microporosa de los zeolitas puestas en tierra estabiliza la liberación de agua y pH.

En la agricultura, la clinoptilolita (una zeolita natural) se usa como tratamiento del suelo. Proporciona una fuente de potasio de liberación lenta. Si se carga previamente con amonio, la zeolita puede cumplir una función similar en la liberación lenta de nitrógeno.

Las zeolitas también pueden actuar como moderadores del agua, en los que absorberán hasta el 55 % de su peso en agua y lo liberarán lentamente según la demanda de la planta. Esta propiedad puede prevenir la pudrición de la raíz y los ciclos moderados de sequía.

Acuarios

Las tiendas de mascotas comercializan zeolitas para su uso como aditivos de filtro en acuarios, donde pueden usarse para adsorber amoníaco y otros compuestos nitrogenados. Deben usarse con cierto cuidado, especialmente con corales tropicales delicados que son sensibles a la química y la temperatura del agua. Debido a la alta afinidad de algunas zeolitas por el calcio, pueden ser menos efectivas en aguas duras y pueden agotar el calcio. La filtración con zeolita también se usa en algunos acuarios marinos para mantener bajas las concentraciones de nutrientes en beneficio de los corales adaptados a aguas con escasez de nutrientes.

Dónde y cómo se formó la zeolita es una consideración importante para las aplicaciones en acuarios. La mayor parte del hemisferio norte, las zeolitas naturales se formaron cuando la lava fundida entró en contacto con el agua del mar, por lo que se 'cargaron'. la zeolita con iones de sacrificio Na (sodio). El mecanismo es bien conocido por los químicos como intercambio iónico. Estos iones de sodio pueden ser reemplazados por otros iones en solución, por lo tanto, la absorción de nitrógeno en el amoníaco, con la liberación del sodio. Un depósito cerca de Bear River en el sur de Idaho es una variedad de agua dulce (Na < 0,05%). Las zeolitas del hemisferio sur se forman típicamente en agua dulce y tienen un alto contenido de calcio.

Especies minerales de zeolita

Un ejemplar combinado de cuatro especies de zeolite. Los cristales de natrolite radiantes están protegidos en un bolsillo con stilbite asociado. La matriz alrededor y por encima del bolsillo está forrada con pequeños cristales laumontitos de color rosa. Heulandita también está presente como un cúmulo de cristal en la parte trasera

El grupo estructural de las zeolitas (clasificación de Nickel-Strunz) incluye:

• 09. - Zeolites con T₅O₁₀ unidades (T = combinado Si y Al) – los zeolitas fibrosos
  • Natrolite framework (NAT): willrdite, natrolite, mesolite, paranatrolite, scolecite, tetranatrolite
  • Marco Edingtonite (EDI): edingtonite, kalborsite
  • Thomsonite framework (THO): thomsonite-series
• 09. GB.
  • Marco analcímico (ANA): analcime, leucite, contaminado, wairakite
  • Laumontite (LAU), yugawaralite (YUG), goosecreekite (GOO), montesommaite (MON)
• 09. GC. - Cadenas de anillos doblemente conectados
  • Marco Phillipsite (PHI): harmotomía, serie de filalipsis
  • Gismondine framework (GIS): amicite, gismondine, garronite, gobbinsite
  • Boggsite (BOG), merlinoite (MER), mazzite-series (MAZ), paulingite-series (PAU), perlialite (Linde type L framework, zeolite L, LTL)
• 09. GD. - Cadenas de anillos de 6 miembros - tabular zeolites
  • Chabazite framework (CHA): chabazite-series, herschelite, willhendersonite and SSZ-13
  • Faujasite framework (FAU): faujasite-series, Linde tipo X (zeolite X, X zeolites), Linde tipo Y (zeolite Y, Y zeolites)
  • Marco mordenita (MOR): maricopaita, mordenita
  • Offretite–wenkite subgroup 09.GD.25 (Nickel-Strunz, 10 ed): offretite (OFF), wenkite (WEN)
  • Bellbergite (TMA-E, Aiello y Barrer; framework type EAB), bikitaite (BIK), erionite-series (ERI), ferrierite (FER), gmelinite (GME), levyne-series (LEV), dachiardite-series (DAC), epistilbite (EPI)
• 09.GE. - Cadenas de T₁₀O₂₀ tetrahedra (T = combinado Si y Al)
  • Marco heulandita (HEU): clinoptilolite, heulandite-series
  • Stilbite framework (STI): barrerite, stellerite, stilbite-series
  • Marco Brewsterite (BRE): cervecería-series
• Otros
  • Cowlesite, pentasil (también conocido como ZSM-5, tipo marco MFI), tschernichite (beta polimorfo A, marco desordenado, BEA), Tipo de Linde Marco A (zeolite A, LTA)

Estudio computacional

Los cálculos informáticos han predicho que son posibles millones de estructuras hipotéticas de zeolita. Sin embargo, hasta ahora solo se han descubierto y sintetizado 232 de estas estructuras, por lo que muchos científicos de zeolitas se preguntan por qué solo se observa esta pequeña fracción de posibilidades. Este problema a menudo se denomina "el problema del cuello de botella". Actualmente, varias teorías intentan explicar el razonamiento detrás de esta pregunta.

1. La investigación de síntesis de Zeolite se ha concentrado principalmente en métodos hidrotermales; sin embargo, los nuevos zeolitas pueden sintetizarse utilizando métodos alternativos. Los métodos de síntesis que han comenzado a utilizar incluyen la modificación postsintética, con ayuda de microondas y el vapor.
2. Las simulaciones de ordenador geométricas han demostrado que los marcos zeolite descubiertos poseen un comportamiento conocido como "la ventana de flexibilidad". Esto muestra que hay una gama en la que la estructura zeolite es "flexible" y puede ser comprimido pero conserva la estructura marco. Se sugiere que si un marco no posee esta propiedad entonces no puede ser feasablemente sintetizado.
3. Como los zeolitas son metástasis, ciertos marcos pueden ser inaccesibles ya que la nucleación no puede ocurrir porque se formarán zeolitas más estables y energéticamente favorables. La modificación possintética se ha utilizado para combatir este problema con el método ADOR, por el cual los marcos pueden ser cortados en capas y unidos de nuevo, ya sea eliminando bonos de sílice o incluyéndolos.
4. Basado en sistemas de modelos densos de cristal, se desarrolló la teoría de la cristalización a través de cúmulos de pre-nucleación de soluto. La investigación de la cristalización de zeolite en líquidos iónicos de silicato hidratados (HSIL) ha demostrado que los zeolitos pueden nuclearse a través de la condensación de cúmulos de pre-nucleación dorada por ión. Esta línea de investigación identificó varias conexiones entre la química líquida media de síntesis y las propiedades importantes de los cristales de zeolite, como el papel de los agentes de dirección de estructura inorgánica en la selección de marco zeolite, el papel de ion-pairing en la composición molecular zeolite y la topología, y el papel de la movilidad de la cación líquida en el tamaño y morfología del cristal zeolite. En consecuencia, existen relaciones complejas entre las propiedades de los medios de síntesis de zeolite y el zeolite cristalizante, explicando potencialmente por qué sólo una pequeña fracción de los marcos hipotéticos de zeolite pueden sintetizarse. Si bien estas relaciones aún no se entienden plenamente, la síntesis de zeolite de HSIL es un sistema modelo excepcional para la ciencia zeolite, proporcionando oportunidades para avanzar en la comprensión actual del conundrum zeolite.