Studii privind Compoziția și Structura Materialelor Compozite Utilizate în Tehnologia Apei

CAPILTOLUL I

STRUCTURA MATERIALELOR COMPOZITE

1.1. Compozitia si structura zeolitilor

Sitele moleculare zeolitice îsi au un început modest plasat în 1756 odata cu descoperirea de catre V.Cronsted a stilbitului, primul zeolit natural cunoscut. Proprietatile acestuia de a pierde apa de constitutie, prin încalzire, cu un aspect asemanator cu fierberea, l-a determinat pe Cronsted sa adopte pt. aceasta clasa de minerale denumirea de zeoliti (zein=fierbere; lithos=piatra).

În 1850 J.T.Way pune în evidenta posibilitatea înlocuirii ionilor de Na+ din zeoliti cu ioni Ca2+ si Mg2+ din solutie. Este pusa în evidenta proprietatea de schimb ionic a zeolitilor. În 1925 Weigel si Steinhoff cerceteza adsorbtia pe chabazit si constata ca acesta adsoarbe repede substante cu molecula mica ca apa, metanolul, sau etanolul, însa nu adsoarbe substante cu molecula mare ca benzenul, acetona, sau eterul etilic. Este pusa în evidenta proprietatea de adsorbtie selectiva a zeolitilor. Ulterior, MC Bain a apreciat aceasta adsorbtie selectiva ca o cernere la nivel molecular si a dat zeolitilor denumirea de “site moleculare”.

Din punct de vedere cristalochimic zeolitii sunt aluminosilicati hidratati cu structura cristalina, care pot pierde reversibil apa fara distrugerea sau modificarea dimensionala a carcasei. Structura cristalina este realizata prin încatenarea tridimensionala a unor unitati primare de forma tetraedrica având în vârfuri atomi de oxigen, iar în centru câte un atom de siliciu sau aluminiu. Ca rezultat al unirii tetraedrilor prin vârfuri, fiecare atom de oxigen apartine în egala masura la 2 tetraedre vecine, cu exceptia celor aflati în exteriorul cristalului care sunt legati de protoni.

Zeolitii naturali se gasesc în natura sub forma de cristale dezvoltate, putin colorate; de obicei coloratia se datoreaza prezentei oxizilor de fier fin divizati sau a altor impuritati similare. Din punct de vedere chimic zeolitii se deosebesc prin continutul în cationi si raportul molar SiO2/Al2O3.

Zeolttii naturali sunt rezultati prin procese endogene sau exogene, fapt care explica raspândirea acestora în roci vulcanice si sedimentare, în roci de diferite tipuri, vârste si stadii geologice.

În procesele endogene zeolitii au luat nastere la presiuni joase de 35-120 atm. Zeolitii se întâlnesc de obicei în roci magmatice modificate hidrotermal; în vacuolele rocilor efuzive scoriacee, mai ales în bazalte.

În conditii exogene, zeolitii se formeaza ca produse de alterare a rocilor vulcanice, în acumulari de sedimente tufacee, sau ca produse de devitrifiere a cenusilor vulcanice, în acumulari de sedimente pe fundul oceanelor sau a lacurilor cu apa alcalina.

Zeolitii sintetici se obtin prin cristalizarea gelurilor de aluminosilicati hidratati, preparate în general, din solutii apoase de aluminat si silicat sau din faze solide reactive, în diverse conditii de temperatura si presiune, precum si prin zeolitizarea artificiala a unor materii prime naturale.

În cazul zeolitului sintetic A, unitatile primare se grupeaza într-o structura cuboctaedrica denumita”unitate sodalitica” si care prin intermediul unor prisme patrulatere asambleaza celula elementara a zeolitului. Porozitatea acestui zeolit este formata din sistemul de canale rezultate din cavitatile mari obtinute prin asamblarea cuboctaedrelor (cavitati a) si cavitati mici din interiorul cuboctaedrelor (cavitati b).