شرکتACCیکموسسه تحقیقاتی می باشد که ثابت کرد کامپوزیت همانند فولاد دارای ایمنی بسیار بالامی باشد که با این تفاوت که کامپوزیت حذف زنگ زدگی فلز _ کاهش وزن _ استحکام بالا _ قابلیت طراحی و زیبایی و کاهش هزینه ساخت می باشد.
قیمت تمام شده مواد کامپوزیت از جمله فایبرگلاس بسیار ارزان تر ازمحصولات معدنی _ فلزی است و نیز سبکتر و مقاومتر به ویژه به علت ترکیب مواد بکاررفته در یاخت آن اصولا زنگ نمی زند.
کامپوزیت چیست؟
تعریف عمومی ازمواد کامپوزیت عبارتست از ترکیب از دو یا چند از مواد و کامپوزیت هایF.R.P  شامل یک تقویت کننده به استحکام بالا به شکل الیاف می باشد.
رزین مورداستفاده در عملیات F.R.P بطور معمول پلی استرهای اشباعنشده می باشند.
جهت افزایش قابلیت های رزین از چند نوع افزودنی مانند: رنگ دانهها _ تاخیراندازهای آتش _ افرودنی های رسانا استفاده می شود.
الیاف شیشه به علتارزان و مشخصه های استحکام به وزن نسبتا خوبی که دارا هستند معمولترین تقویت کنندهبه کار رفته در کل صنعت کامپوزیت می باشند. بطور کلی رزین بعنوان ماتریس پلیمری والیاف بعنوان تقویت کننده در صنعت کامپوزیت بکار می رود.

 

مقدمه
پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال 1850 و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزم موجود درساختمان آنها گزارش شد. در سال 1870 با انجام آزمایش‌های متعددی ثابت شد که بعضی ازکانیهای طبیعی بخصوص زئولیت‌ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند. در واقع به رزین‌های معدنی ، زئولیت می‌گویندو این مواد یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف می‌کردند و به جای آن یون سدیم آزاد می‌کردند از اینرو به زئولیت‌های سدیمی مشهور شدند که استفاده از آن درتصفیه آب مزایای زیاد داشت چون احتیاج به مواد شیمیایی نبود و اثرات جانبی هم نداشتند.

اما زئولیت‌های سدیمی دارای محدودیتهایی بودند. این زئولیتها می‌توانستند فقط سدیم را جایگزین کلسیم و منیزیم محلول در آب نمایند و آنیونهایی از قبیل سولفات ، کلراید و سیلیکات‌ها بدون تغییرباقی می‌مانند. واضح است چنین آبی برای صنایع مطلوب نیست. پس از انجام تحقیقات دراواسط دهه 1930 در هلند زئولیتهایی ساخته شد که به جای سدیم فعال ،هیدروژن فعال داشتند. این زئولیتها که به تعویض کننده‌های کاتیونی هیدروژنی معروف جدید ،سیلیس نداشته و علاوه بر این قادرند همزامان هم سختی آب را حذف کنند و هم قلیائیست آب را کاهش دهند.

برای بهبود تکنولوژی تصفیه آب ، گامهای اساسی در سال 1944برداشته شد که باعث تولید زرین‌های تعویض آنیونی شد. زرین‌های کاتیونی هیدروژنی تمام کاتیونی آب را حذف می‌کنند و رزین‌های آنیونی تمام آنیونهای آب را از جمله سیلیس را حذف می‌نمایند ، در نتیجه می‌توان با استفاده از هر دو نوع زرین ، آب بدون یون تولید کرد. همچنین پژوهشگران دریافتندکه سیلیکات آلومینیم موجود در خاک قادر به تعویض یونی می‌باشد. این نتیجه گیری باتهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید. بنابراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیم بود. و امروزه اکثرزرین‌های تعویض یونی که در تصفیه آب بکار می‌روند رزین‌های سنتزی هستند که باپلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل شده‌اند.

شیمی رزین‌ها
رزین‌های موازنه کننده یون ، ذرات جامدی هستند که می‌توانندیونهای نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌هایالکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون ، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال ، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکالهای آنیونی SO2-3 می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل+H یا+Na به آن هستند.
این کاتیونهای متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون‌های متحرکی مثل-Cl یا-OH به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون ، کاتیون‌ها یا آنیون‌های موجود در محلول با کاتیون‌ها و آنیون‌های موجود در رزین تعویض می‌شود ، بگونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامدمایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
1.       خود دارای یون باشد.
2.       در آب غیر محلول باشد.
3.       فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد ، بطوریکه یونها بتوانند به سهولت درشبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
در مورد رزین‌های کاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر تحرک و یون متحرک+H را می‌توان همچون یک قطره اسیدسولفوریک با غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیون می‌تواند از ان عبور نماید. 

طبقه بندی رزین‌ها
رزین‌ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمریرزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
1.       رزین‌های کاتیونی قوی SAC ( Strong acidic Cation )
2.       رزین‌های کاتیونی ضعیف WAC ( Weak acidic Cation)
3.       رزین‌های آنیونی قوی SBA ( Strong basic anion )
4.       رزین‌های آمونیونی ضعیف(  WBA ( Weak basic anion
بطور کلی رزین‌های نوع قوی در یک محدوده وسیع PH و رزین‌های نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند. ولیکن با استفاده از رزین‌های نوع ضعیف ، صرفه جویی قابل توجهی درمصرف موادشیمیایی مورد نیاز برای احیا رزین را باعث می‌شود. رزین‌های کاتیونی قوی قادربه جذب کلیه کاتیونهای موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیونهای هستند که به قلیائست آب مرتبط است و محصول سیستم اسید کربنیک است.


نوع قوی
Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2ZSO3H -----> Ca2++2H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4


نوع ضعیف
Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3


مزیت رزین‌های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد، در نتیجه باعث تولیدپساب کمتر در احیا مکرر می‌گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیونهای آب استبکارگیری توام رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از بکارگیری رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد. رزین‌های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیونهای موجود در آب بوده ولیرزین‌های آنیونی قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیراسیدسولفوریک،کلریدریک ونیتریک می‌باشد. رزین‌های آنیونی ضعیف مقاومتر از رزینهای آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم‌های تصفیه آب ،رزین‌های آنیونی قوی در پاین دست رزینهای آنیونی ضعیف قرار می‌گیرند.
2HCl OR 2H2SiO3 + 2ZOH -----> 2ZHSio3ZCl + H2O
 
2HCl OR 2HNO3 + ZOH -----> 2ZCl OR 2ZNO3 + H2O
 
برخی از کاربردهای رزین‌ها
  • رزین‌های کاتیونی سدیمی نه تنها کاتیون‌های سختی آور آب بلکه همه یون‌های فلزی را باسدیم تعویض می‌کنند. برای احیا این نوع رزین‌های کافی است که رزین را با آب نمک شست و شودهیم تا رزین به فرم اولیه خود برگردد.
  • با رزین‌های کاتیونی چه نوع هیدروژنی و چه نوع سدیمی می‌توان آهن ومنگنز را چون بقیه کاتیونها حذف کرد اما به علت امکان آلوده شدن رزین‌ها معمولا مشکلاتی داشته و باید نکاتی را رعایت کرد. اولا باید دقت کرد که قبل از حذف یون آهن توسط رزین هیچ هوایی با آب در تماس قرار نگیرد چون در اثر مجاورت با هوا ، آهن و منگنزمحلول در اب اکسیده شده غیر محلول در می‌آیند و در نتیجه روی ذرات رزین رسوب کرده وباعث آلوده شدن رزین می‌گردد.
  • با استفاده از رزین‌های تبادل یونی می‌توانلیزینرا که جز اسیدآمینه ضروری مورد نیاز رژیم غذایی خوکها ، ماکیان و سایر گونه‌های حیوانی می‌باشد ، را تخلیص کرد. دلیل اهمیت تخلیص این اسید آمینه ، نزدیکتر شدن رژیم غذایی حیوانات به نیازمندیهای آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اینکه مقدار لیزین در دانه‌ها ، بخصوص غلات ناچیز می‌باشد.
  • حذف سیلیکا از آبهای صنعتی با استفاده از رزین‌های آنیونی قوی
  • حذف آمونیاک از هوا بوسیله زئولیت‌های طبیعی اصلاح شده (کلینوتپلولیت)


منبع : رشد

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زئوليت ها ، آلومينو سيليکات هاي بلوري و هيدراته فلزات قليايي و قليايي خاکي بويژه سديم ؛ کلسيم ، منيزيم ، استرانسيم و باريم هستند که شبکه ها ي سه بعدي متشکل از چهار وجهي هاي  [SiO4]4- و[AlO4]4- دارند. اين مواد براي نخستين بار در سال 1756 توسط يک معدن شناس سوئدي به نام فرديک کرونستد شناسايي شده اند و زئوليت نام گرفته اند.

واژه زئوليت به معني سنگ جوشان از ريشه يونايي "زين " به معناي جوشيدن و "ليتوس " به معناي سنگ است . اين نام مبتني بر اين واقعيت است که در هنگام حرارت دادن زئوليت ، مقدار زيادي آب، به صورت بخار خارج مي شود .

 jazirehdanesh.com/printme.phpwww.nanoclub.ir/modules.phpwww.

از نظز شيميدان ها زئوليت ساختماني است از پليمر هاي معدني که داراي اندامي چهار وجهي است ، ساختمان کلي اين چهار وجهي به صورت  TO4 است که در آنها ممکن است T يک عنصر سه ظرفيتي مانند Al وB وGa  و يا چهار وجهي نظير Ge و Si و يا پنج ظرفيتي مثل P باشد و کليه اين چهار وجهي ها از طريق اکسيژن مشترک به يکديگر متصل مي شوند .

بعضي از کاربردهاي مهم زئوليت ها به شرح زير مي باشد:

الف- خالص سازي

-          خشک کردن (LNG ؛ گازهاي حاصل  از کراکينگ ، سردکننده ها )

-          حذف CO2 (گازطبيعي ، جداسازي هوا به وسيله ي سرد سازي )

-          حذف گوگرد ( شيرين سازي گاز طبيعي وLPG)

-          و...

از زئوليت هاي طبيعي نيز در بعضي از کاربردها مي توان استفاده کرد که عبارتند از :

الف- کاربردها در مقياس بزرگ

-          به عنوان پرکننده در کاغذ

-          در سيمان ها و بتن ها

-          مکمل غذاي حيوانات

-          کاربردهاي غربال مولکولي

-          جداسازي اکسيژن و نيتروژن از هوا

-          جاذب هاي مقاوم به اسيد و خشک کردن و خالص سازي

-          تبادلگر يوني در فرايند هاي کاهش آلودگي

فرمول سلول واحد زئوليت ها معمولا به صورت زير است:

Mx/nn+ [(AlO2-)x (SiO2)y ] .wH2O

M: کاتيوني با ظرفيت n                                      w : تعداد مولکول هاي آب بر واحد ساختماني

x و y : تعداد کل چهار وجهي ها بر سلول واحد           (x+y) : مجموع چهار وجهي ها در سلول واحد

y/x : مقادير 5-1 را به خود اختصاص مي دهند وليکن زئوليت هايي نيز قابل تهيه هستند که اين نسبت در آنها مي تواند به 100 يا بيشتر برسد.

قسمتي از فرمول که در کروشه قرار گرفته است ترکيب اصلي شبکه را نشان مي دهد.

کاتيون هاي فلزي که بار آنيوني اضافي در شبکه آلومينو سيليکاتي را خنثي مي سازند ، معمولا از فلزات قليايي و قليايي خاکي هستند و بعضي از آنها مي توانند به طور برگشت پذيري تعويض گردند . باقيمانده ي فضاي خالي موجود در زئوليت را ، مولکول هاي آب پر مي کنند.

در ساختار زئوليت ها چهار وجهي ها به گونه اي در کنار هم قرار مي گيرند که يک ساختار شبکه اي باز با منافذ و سطوح  بسيار زياد پديد مي آورند ، شبکه ي سه بعدي به وجود آمده شامل کانال ها و حفره ها يا قفس هاي به هم پيوسته اندکه کاتيون ها و مولکول هاي آب فضاهاي بين حفره ها را اشغال مي نمايند .معمولا آب موجود در شبکه بلورين زئوليت مي تواند با عمليات حرارتي به صورت برگشت پذير برطرف گردد.

 

1-      زئوليت هاي طبيعي : اين مواد در ابتدا به صورت يک جزء فرعي اما به صورت گسترده در حفره هاي بازالتي شناسايي شدند و استفاده از آنها به اين صورت ، در مقياس هاي صنعتي  عملي سخت و طاقت فرسا بوده است. تشکيل زئوليت ها تنها به ماتريس بازالتي محدود نشده است .بلکه رسوبات متنوعي در چند دهه گذشته شناسايي  شده اند ، زئوليت هاي طبيعي فراوان بوده و بعضي از رسوبات حاوي زئوليت داراي يک فاز زئوليتي خاص با خلوص 90% مي باشد .

از نظر صنعتي زئوليت هاي طبيعي داراي کاربردهاي کمي مي باشند که دليل اصلي آن يکنواخت نبودن خواص آنها است .همچنين ساختمان بلورين اين زئوليت ها از نظر اندازه ي حفره ها براي بسياري از کاربردهاي صنعتي مناسب نمي باشند.

در مورد شرايط و علل تشکيل زئوليت ها در طبيعت ، نظريه هاي گوناگوني ارائه شده است که یک نمونه  از آنها به شرح زير است :

به طور كلي از كاربردهاي مهم زئوليتها در سه بخش جذب شوينده ها و كاتاليزورهاست.از جمله مصارف جهاني زئوليتها در سه بخش كاربردي واحد صنعتي ٬ دو جداره كردن پنجره ها و به عنوان عامل اتصال دهنده ي آب در سيستم هاي پلي يورتان است.زئوليتها در اصل مواد الومينو سيليكاتي هستند كه داراي ساختار كريستالي مي باشند  آلومينو فسفاتها و سيليكوآلومينو فسفاتها (SAPO) نيز با ساختار زئوليتي ساخته شده اند ولي هنوز از اهميت صنعتي برخوردار نيستند. شناسايي  زئوليتها  براي نخستين بار توسط كرونستد كاني شناس سوئدي صورت گرفت.


از لحاظ شيميايي زئوليتها به كمك نسبت  Si/Al موجود در چارچوب آنيوني آنها از يكديگر متمايز مي شوند. اين نسبت بين يك  و بي نهايت در زئوليت سيليكاليت (يك نوع اصلاح شده ي سيليكاي بلوري عاري از الومينيم ) متغير است.مقاومت اسيدي و پايداري گرمايي زئوليتها با افزايش نسبت  Si/Al افزايش مي يابد.زئوليتها در ساختارهاي متعددي وجود دارند. واحدهاي پايه معمولا چهاروجهي هاي  SiO4 و  AlO4 هستند كه توسط اتمهاي اكسيژن اشتراكي به هم متصل شده اندماهيت زئوليتها از روي سيستم حفرات موجود در چارچوب آنها مشخص مي شود به طوري كه حجم اين حفرات مشخصه ي نوع زئوليت خواهد بود. اين حفرات توسط منافذي به هم مرتبط شده اند و قطر اين منافذ نيز نوع زئوليت را تعيين خواهد كرد.


زئوليتهاي طبيعي : حدود 40 نوع زئوليت در طبيعت شناخته شده است كه تعدادي از آنها از اهميت صنعتي برخوردارند.زئوليتهاي طبيعي نتيجه ي غير مستقيم فعاليتهاي آتشفشاني هستند و از طريق دگرگوني هيدروترمال بازالت ٬  خاكستر آتشفشاني و سنگ پا  تشكيل مي شوند ( در حفرات بازالتي و در كانسارهاي رسوبي بزرگ يافت مي شوند.)


زئوليت به عنوان جذب كننده : مولكولهايي كه براي نفوذ به درون منافذ زئوليتها به قدر كافي كوچك هستند مي توانند شديدا به زئوليتها متصل شوند. اين مسئله به ويژه در مورد آب و ساير مولكولهاي قطبي و قطبش پذير كوچك صدق مي كند و اساس كاربرد اين مواد به عنوان خشك كننده يا تميز كننده براي گازهايي نظير گاز طبيعي يا هوا قبل از مايع شدن را تشكيل مي دهد. به علاوه از زئوليتها براي خارج نمودن اب از مدارهاي بسته ي مايع ( مثلا در واحدهاي منجمدسازي جهت جذب آب و جذب حلال باقي مانده در فضاي بين شيشه ي پنجره هاي دو جداره به منظور جلوگيري از چگالش ) نيز استفاده مي شود. زئوليتها به صورت صنعتي جهت خارج كردن دي اكسيد كربن ٬سولفيد هيدروژن ٬مركاپتانها و غيره از مخلوط گازي  به كار ميرود. زئوليتها در ذخيره سازي گرما هم استفاده مي شودبه اين صورت كه در اثر جذب آب توسط زئوليتها هواي مرطوب گرم مي شود و به دنبال آن به كمك انرژي خورشيدي زئوليتها آب زدايي مي شوند.


زئوليت پاك كننده ي محيط زيست : زئوليتها مي توانند در محيط زندگي ابزيان آمونيم را كه وجود آن حتي در حد چند گرم در تن مسموميت زا مي باشد جذب كنند كه علاوه بر جذب آلودگي ها به تامين اكسيژن ماهي ها هم كمك كنند.


زئوليتها براي فرايندهاي جداسازي : در حفرات زئوليتها ميدانهاي الكتروستاتيكي شديد وجود دارد. به همين دليل نيتروژن كه قطبش پذير است در زئوليتها به مراتب مقيدتر از اكسيژن مي باشد. به كمك چرخه هاي چند مرحله اي جذب _واجذب تحت فشار امكان توليد هواي غني از اكسيژن وجود دارد كه مي تواند در تاسيسات فاضلاب يا فولاد كاري استفاده شود. زئوليتها مي توانند نقش غربال مولكولي داشته باشند مثلا مخلوطهاي  n- و ايزوآلكانها مي توانند جداسازي شوند زيرا فقط n- آلكانها امكان نفوذ به داخل حفرات زئوليت را دارند.


زئوليتها به عنوان كاتاليزورها: فرايندهاي مهمي كه در آنها زئوليتها به عنوان كاتاليزور به كار برده مي شوند عبارتند از : 1) در ايزومريزاسيون n- آلكانها به ايزوالكانها جهت مقاصد سوختي. 2) در كراكينگ كاتاليزوري محصول تقطير نفت خام براي توليد سوخت. 3) در توليد سوختها آلكنها يا ارنها از متانول ٬ موم زدايي الكانها ٬ آلكيل دار كردن بنزن و تبديل آن به اتيل بنزن به كار برده مي شود.4) در هيروكراكينگ (تبديل برشهاي نفت خام به بنزين در حضور هيدروژن ) مورد استفاده قرار مي گيرد. زئوليت به عنوان كاتاليزور هيدروژن دار كردن حاوي پالاديوم يا پلاتين مي باشد.


از ديگر كاربردهاي زئوليت : مقادير زيادي از سنگ هاي زئوليت دار در كشورهاي مختلف تحت فراوري قرار مي گيرد و در توليد سيمانها ملاتها و بلوكهاي سبك ساختماني به كار برده مي شود. در ژاپن از زئوليتهاي طبيعي به عنوان پركننده در صنعت كاغذ استفاده مي گرددالف – زئوليت ها اغلب در لايه هاي رسوبي ، بعد از تشکيل و دفن رسوبات در اثر واکنش آلومينيم سيليکات با آب حفره ها ، در درزها و شکستگي ها تشکيل شده اند www.chemistmag.com/modules/news/index.php

تصور كنيد براي سوخت گيري خودرويتان به جايگاه سوخت رساني نزديك شده ايد . دهانه لوله سوخت رساني را به مخزن سوخت خودرو وارد كرده ايد، اما سوختي كه مصرف مي كنيد، از نوع سوخت هاي متداول نيست بلكه هيدروژن است؛ گازي بي رنگ و بي بو كه از سوختن آن فقط بخار آب حاصل مي شود كه سريع و بدون هيچ خطري در محيط اطراف پراكنده مي شود. براي نزديك شدن به اين روياي دست يافتني بايد به تحقيقات فضايي اميدوار باشيم.

AWT IMAGE

هيدروژن فراوان ترين عنصر طبيعت است و هر كيلوگرم از آن تقريباً سه برابر همان مقدار بنزين انرژي آزاد مي كند. پس جاي تعجب نيست كه دانشمندان در تلاش اند تا راهي بيابند كه بتوان از هيدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده كرد. ده ها شركت از جمله بزرگ ترين شركت هاي سازنده خودرو، موتورهايي را طراحي كرده اند كه از هيدروژن به عنوان سوخت استفاده مي كنند. اين موتورها به موتورهاي احتراق داخلي كه ما امروزه به طور گسترده اي از آنها استفاده مي كنيم شباهت زيادي دارند. اما براي اين كه بتوانيم از اين فناوري جديد در زندگي روزمره استفاده كنيم، لازم است دانشمندان راهي براي ذخيره سازي و انتقال ايمن هيدروژن پيدا كنند كه از لحاظ هزينه به صرفه و با هزينه هاي استفاده از بنزين قابل مقايسه باشد.

انجام اين كار چندان هم آسان نيست. گاز هيدروژن سبك و فرار است. مولكول هاي كوچك H2 از طريق روزنه ها و شكاف ها و همچنين از طريق بست ها و شيرها به سرعت نشت مي كنند و پس از خارج شدن خيلي زود تبخير مي شوند. هيدروژن چهار برابر از متان و ده برابر از بخارهاي بنزين سريع تر نفوذ مي كند. اين مسئله در مورد حفظ ايمني دستگاه از اهميت بسيار زيادي دارد، چرا كه قطره هاي هيدروژن به سرعت تبخير مي شوند، در محيط پراكنده مي شوند و  ايمني سيستم را به خطر مي اندازند. اين مسئله مي تواند براي هر كسي كه مي خواهد گاز هيدروژن را ذخيره كند، دردسر ساز شود.

هيدروژن مايع بسيار متراكم است و ذخيره سازي آن آسان به نظر مي رسد. با وجود اين ذخيره كردن آن مي تواند مشكلاتي را نيز به همراه داشته باشد. هيدروژن حدوداً در دماي ۲۰ درجه كلوين (۲۵۳ درجه سانتي گراد) مايع مي شود. نگهداري از يك مخزن پر از هيدروژن مايع نيازمند به دستگاه خنك كننده جانبي سنگيني نياز دارد كه در شرايط كنوني استفاده از اين آن در خودروهاي مسافربري معمولي مقدور نيست. هيدروژن مايع چنان سرد است كه حتي مي تواند باعث منجمد شدن هوا نيز شود. اين امر مي تواند به مسدود شدن شيرها و اتصالات منجر شود كه افزايش ناخواسته فشار را به همراه دارد. البته ممكن است گفته شود براي مقابله با انجماد هوا از عايق كاري استفاده شود، اما اين كار نيز مشكلاتي را در پي دارد كه از جمله آنها مي توان به افزايش وزن دستگاه ذخيره سازي سوخت اشاره كرد.

با اين تفاسير چگونه مي توان بر مشكلات پيش رو غلبه كرد؟ ساده است: چند قطعه سنگ داخل مخزن سوخت قرار دهيد. البته در اين مورد نمي توان از سنگ هاي معمولي استفاده كرد بلكه بايد از سنگ هاي ويژه اي كه زئوليت (Zeolite) نام دارند استفاده كرد. زئوليت ها موادي از جنس سنگ هستند كه بسيار متخلخل اند و به همين دليل مي توانند به عنوان اسفنج هاي مولكولي عمل كنند.

زئوليت ها در شكل كريستالي خود به صورت شبكه گسترده اي از حفره ها و شكاف هاي به هم پيوسته در نظر گرفته مي شوند كه بسيار شبيه كندوي زنبور عسل است. يك مخزن سوخت كه در ساختار آن از اين مواد كريستالي استفاده شود، مي تواند گاز هيدروژن را «در حالت شبه مايع و بدون نياز به سيستم هاي خنك كننده سنگين» به دام اندازد و در خود ذخيره كند.

نام زئوليت از كلمات يوناني «Zeo » به معناي جوشيدن و «lithos » به معناي سنگ مشتق شده است و معناي تحت اللفظي آن «سنگي كه مي جوشد» است. اين نام را به اين دليل به اين سنگ  اطلاق مي كنند كه هنگامي كه تحت تاثير حرارت قرار مي گيرند، محتويات خود را خارج مي كنند.

در ابتدا بايد مقداري يون هاي با بار منفي به اين زئوليت ها بيافزاييم. اين يون ها مثل تشتك عمل مي كنند( درست مثل درپوش دوات) و حفره هاي موجود در شبكه كريستالي را مسدود مي كنند. مي توان با حرارت دادن زئوليت به ميزان بسيار جزيي يون ها را از مقابل اين حفره ها به كناري راند. مي توان زئوليت ها را از هيدروژن انباشته كرد و سپس دماي آن را به حالت عادي برگرداند، با اين كار يون ها به جاي قبلي خود بر مي گردند و مانع خروج محتويات حفره ها مي شوند.»

حدود ۵۰ نوع زئوليت مختلف با تركيب شيميايي و ساختار كريستالي متفاوت در طبيعت يافت مي شود، گذشته از اين شيميدان ها روش ساختن مصنوعي تعداد ديگري از آنها را دريافته اند. كساني كه گربه دارند ممكن است با اين مواد آشنايي داشته باشند. چرا كه از اين مواد به عنوان بو گير در بستر حيوان استفاده مي شود.

با استفاده از زئوليت هاي فعلي مي توان مقدار اندكي هيدروژن ذخيره كرد و اين مقدار كافي نيست. تصور كنيد ديواره مخزن سوخت خودروي شما توسط سنگ هاي متخلخل و كريستالي پوشيده شده است و اين سنگ ها حدود ۴۰ كيلوگرم وزن دارند. به جايگاه سوخت گيري مراجعه مي كنيد و متصدي جايگاه حدود ۵/۳ كيلوگرم هيدروژن را به مخزن پوشيده از زئوليت خودروي شما تزريق مي كند. از لحاظ نظري اين مقدار هيدروژن، هم از لحاظ وزني و هم از لحاظ مقدار انرژي ذخيره شده در آن با مخزني پر از بنزين برابر است. اما در عمل اندكي فرق مي كند

اگر بتوان كريستال هايي از زئوليت توليد كرد كه حدود ۶ تا ۶ درصد از وزن آنها را هيدروژن ذخيره شده تشكيل دهد، آن وقت يك مخزن زئوليتي پر از هيدروژن مي تواند با يك مخزن معمولي پر از بنزين رقابت كند. اما بهترين زئوليت هاي موجود مي توانند فقط ۲ تا ۳ درصد از وزن خود را هيدروژن ذخيره كنند.

در سال ۱۹۹۵ ال ساكو با شاتل فضايي كلمبيا (STS-73) به فضا مسافرت كرد. هدف وي از اين ماموريت اين بود كه بتواند زئوليت هايي با كيفيت بهتر در فضا توليد كند. در محيط هاي با گرانش كم، مواد با سرعت بسيار كمتري گرد هم جمع مي شوند و اين اثر باعث مي شود كريستال هاي زئوليت به وجود آمده هم بزرگ تر باشند و هم نظم بيشتري داشته باشند.»

كريستال هاي زئوليت توليد شده در زمين بسيار كوچك هستند و ضخامت آنها حدود ۲ تا ۸ ميكرون است. اين مقدار حدود يك دهم ضخامت موي انسان است. اما كريستال هايي كه ساكو توانست در فضا تهيه كند هم ده مرتبه بزرگ تر بودند و هم ساختار داخلي مناسب تري داشتند و اين شروع مسرت بخشي بود.


مراحل بعدي كار را بايد در ايستگاه فضايي بين المللي انجام داد. ساكو و همكارانش كوره توليد كريستال هاي زئوليت ساخته اند كه در ابتداي سال ۲۰۰۲ در ايستگاه فضايي بين المللي نصب شد. كن بوور ساكس فرمانده يكي از ماموريت هاي ايستگاه فضايي بين المللي از اين كوره براي توليد چند نمونه كريستال  استفاده كرده است. كن حين كار مجبور بود بعضي از مشكلات غيرمنتظره را كه هنگام اختلاط محلول هاي لازم براي رشد كريستال ها به وجود مي آمد؛ حل كند - اين امر ارزش حضور انسان در هنگام آزمايشات فضايي را نشان مي دهد.

متاسفانه، آزمايشات مربوط به اين كريستال ها با سرعت كمتري به پيش مي رود. ساكو مي گويد در مرحله بعد بايد كريستال هاي توليد شده در فضا را به زمين منتقل كرد و آزمايشات مربوطه را روي آنها انجام داد. البته وي خاطرنشان مي سازد كه هدف آنان توليد انبوه كريستال هاي زئوليت در فضا نيست، چرا كه اين كار - حداقل فعلاً - مقرون به صرفه نيست. وي مي گويد ما فقط مي خواهيم دريابيم آيا مي توان زئوليت هايي را ساخت كه بتوانند هفت درصد از وزن خود را هيدروژن ذخيره كنند يا خير؟ اگر بتوان اين كار را در فضا انجام داد، آن وقت مي توان با اتخاذ تدابير ويژه اي دريافت كه چگونه همين فرآيند را به گونه مشابهي در زمين انجام داد.

ساكو در تمام طول دوره انجام اين تحقيقات در فكر تغيير مصرف سوخت و تحول جهاني از سوخت هاي فسيلي به سمت سوخت هيدروژني بود. اين روياي بزرگي است اما مي توان به آن دست يافت. زئوليت ها مي توانند به عنوان نكته كليدي در بهره گيري از سوخت هيدروژن و رد شدن از سد مشكلات فناوري محسوب شوند. به زودي اين ايده فراگير خواهد شد، آن وقت احتمالاً كسي از شما خواهد پرسيد: «آيا در اين نزديكي جايگاه سوخت هيدروژن وجود دارد؟»

زئوليت ها ، آلومينو سيليکات هاي بلوري و هيدراته فلزات قليايي و قليايي خاکي بويژه سديم ؛ کلسيم ، منيزيم ، استرانسيم و باريم هستند که شبکه ها ي سه بعدي متشکل از چهار وجهي هاي  [SiO4]4- و[AlO4]4- دارند. اين مواد براي نخستين بار در سال 1756 توسط يک معدن شناس سوئدي به نام فرديک کرونستد شناسايي شده اند و زئوليت نام گرفته اند.
واژه زئوليت به معني سنگ جوشان از ريشه يونايي "زين " به معناي جوشيدن و "ليتوس" به معناي سنگ است . اين نام مبتني بر اين واقعيت است که در هنگام حرارت دادن زئوليت ، مقدار زيادي آب، به صورت بخار خارج مي شود .
 
از نظر شيميدان ها زئوليت ساختماني است از پليمر هاي معدني که داراي اندامي چهار وجهي است ، ساختمان کلي اين چهار وجهي به صورت  TO4 است که در آنها ممکن است T يک عنصر سه ظرفيتي مانند Al وB وGa  و يا چهار وجهي نظير Ge و Si و يا پنج ظرفيتي مثل P باشد و کليه اين چهار وجهي ها از طريق اکسيژن مشترک به يکديگر متصل مي شوند .
بعضي از کاربردهاي مهم زئوليت ها به شرح زير مي باشد:
الف- خالص سازي
-          خشک کردن (LNG ؛ گازهاي حاصل  از کراکينگ ، سردکننده ها )
-          حذف CO2(گازطبيعي ، جداسازي هوا به وسيله ي سرد سازي )
-          حذف گوگرد ( شيرين سازي گاز طبيعي وLPG)
-          و...
از زئوليت هاي طبيعي نيز در بعضي از کاربردها مي توان استفاده کرد که عبارتند از :
الف- کاربردها در مقياس بزرگ
-          به عنوان پرکننده در کاغذ
-          در سيمان ها و بتن ها
-          مکمل غذاي حيوانات
-          کاربردهاي غربال مولکولي
-          جداسازي اکسيژن و نيتروژن از هوا
-          جاذب هاي مقاوم به اسيد و خشک کردن و خالص سازي
-          تبادلگر يوني در فرايند هاي کاهش آلودگي
فرمول سلول واحد زئوليت ها معمولا به صورت زير است:
Mx/nn+ [(AlO2-)x (SiO2)y ] .wH2O
M: کاتيوني با ظرفيت n 
w: تعداد مولکول هاي آب بر واحد ساختماني
x و y: تعداد کل چهار وجهي ها بر سلول واحد   
(x+y): مجموع چهار وجهي ها در سلول واحد
y/x : مقادير 5-1 را به خود اختصاص مي دهند وليکن زئوليت هايي نيز قابل تهيه هستند که اين نسبت در آنها مي تواند به 100 يا بيشتر برسد.
قسمتي از فرمول که در کروشه قرار گرفته است ترکيب اصلي شبکه را نشان مي دهد.
کاتيون هاي فلزي که بار آنيوني اضافي در شبکه آلومينو سيليکاتي را خنثي مي سازند ، معمولا از فلزات قليايي و قليايي خاکي هستند و بعضي از آنها مي توانند به طور برگشت پذيري تعويض گردند . باقيمانده ي فضاي خالي موجود در زئوليت را ، مولکول هاي آب پر مي کنند.
در ساختار زئوليت ها چهار وجهي ها به گونه اي در کنار هم قرار مي گيرند که يک ساختار شبکه اي باز با منافذ و سطوح  بسيار زياد پديد مي آورند ، شبکه ي سه بعدي به وجود آمده شامل کانال ها و حفره ها يا قفس هاي به هم پيوسته اندکه کاتيون ها و مولکول هاي آب فضاهاي بين حفره ها را اشغال مي نمايند .معمولا آب موجود در شبکه بلورين زئوليت مي تواند با عمليات حرارتي به صورت برگشت پذير برطرف گردد.

زئولیت

1-      زئوليت هاي طبيعي : اين مواد در ابتدا به صورت يک جزء فرعي اما به صورت گسترده در حفره هاي بازالتي شناسايي شدند و استفاده از آنها به اين صورت ، در مقياس هاي صنعتي  عملي سخت و طاقت فرسا بوده است. تشکيل زئوليت ها تنها به ماتريس بازالتي محدود نشده است .بلکه رسوبات متنوعي در چند دهه گذشته شناسايي  شده اند ، زئوليت هاي طبيعي فراوان بوده و بعضي از رسوبات حاوي زئوليت داراي يک فاز زئوليتي خاص با خلوص 90% مي باشد .
از نظر صنعتي زئوليت هاي طبيعي داراي کاربردهاي کمي مي باشند که دليل اصلي آن يکنواخت نبودن خواص آنها است .همچنين ساختمان بلورين اين زئوليت ها از نظر اندازه ي حفره ها براي بسياري از کاربردهاي صنعتي مناسب نمي باشند.
در مورد شرايط و علل تشکيل زئوليت ها در طبيعت ، نظريه هاي گوناگوني ارائه شده است که یک نمونه  از آنها به شرح زير است :
الف – زئوليت ها اغلب در لايه هاي رسوبي ، بعد از تشکيل و دفن رسوبات در اثر واکنش آلومينيم سيليکات با آب حفره ها ، در درزها و شکستگي ها تشکيل شده اند .
 
 
الف – زئوليت ها اغلب در لايه هاي رسوبي ، بعد از تشکيل و دفن رسوبات در اثر واکنش آلومينيم سيليکات با آب حفره ها ، در درزها و شکستگي ها تشکيل شده اند .
ب- شيشه هاي آتشفشاني سيليسي را مي توان مواد اوليه ( آلومينيم سيليکات ) مورد نياز براي تشکيل زئوليت ها در طبيعت دانست.
ج- تمام کاني هاي گروه زئوليت که تا به حال در حدود 60 نوع آن شناسايي شده اند ، کاني هاي ثانوي بوده و از تخريب يا دگرساني کاني هاي اوليه اي نظير فلدسپات و فلدسپاتوئيد ها ،رس ها و در نهايت از ژلهاي سيليکاته ي طبيعي به وجود مي آيند.
ايران پتاسيل بسيار بالايي در اين زمينه دارا مي باشد . کانسارهاي زئوليت ايران در نواحي دماوند ، سمنان ، کرمان ، گردنه نعل شکن ( جاده ي قم – تهران ) کوه هاي جنوبي تهران ( کوه مره ) و اطراف حوض سلطان شناسايي شده اند . مساعد ترين نواحي ، جنوب دماوند ، اطراف ورامين ، سمنان در جنوب کوه هاي طلحه و همچين سر کوير رشم سمنان مي باشد.
1-     زئوليت هاي مصنوعي
زئوليت هاي مصنوعي مواد شيميايي ويژه اي با خلوص بالا هستند که دامنه ي کاربرد وسيعي دارند. محققين پيش از سال 1950 جهت توليد زئوليت ها در صدد تشکيل طبيعي و ژئوشيميايي کاني هاي شناخته شده بودند و تصور مي کردند که تشکيل زئوليت ها مستلزم ايجاد درجه حرارتي در حدود 200 تا 400 درجه سانتيگراد و دهها اتمسفر فشار مي باشد .اما در سال 1957 شيميدان ها موفق شدند زئوليت هايي در دماي پايين(C 0 100 >) و در مقياس صنعتي تهيه نمايند.
توليد زئوليت ها
توليد زئوليت ها تحت شرايط گرمآبي انجام مي گيرد. اصطلاح گرمابي در اينجا به معني تبلور زئوليت ها از محلول آب دار حاوي اجزاي شيميايي لازم است. پليمرهاي آلومينا سيليس آبدار با وزن مولکولي کم يعني Si(OH)4 و Al(OH)3 مونومر هايي هستند که در اثر ترکيب با هم واحدهاي ساختاري ثانوي را در فاز محلول به وجود مي آورند  واحدهاي ثانوي يا به طور مستقيم به روي هسته يا وجهي از بلور در حال رشد مي نشينند  و يا قبل از اتصال به صورت چند وجهي بزرگتر شکل مي گيرند ، بسياري از واحدهاي ساختاري از اين قبيل ممکن است در محلول شکل بگيرند ، لکن فقط تعداد معدودي از آن ها هستند که با موفقيت به بلور در حال رشد متصل مي شوند  .نوع زئوليت به دست آمده توسط شرايط توليد تعيين مي شود .از جمله ي اين شرايط مي توان به غلظت مواد واکنشگر ،pH ، دما و غلظت مواد افزودني اشاره نمود.فاکتور هاي موثر بر فرايند توليد عبارتند از :
1-      طبيعت مواد شرکت کننده در واکنش و فرايند آماده سازي آن ها
2-      روشي که از طريق آن، مخلوط واکنش آماده مي شود و ترکيب کلي اجزاي مخلوط پس از آماده شدن
3-      همگن بودن يا غير همگن بودن
4-      pH مخلوط
5-      زمان ماند در دماي پايين براي ژل ها
6-      نطفه بندي ( هسته زايي )
7-      اضافه کردن افزودني هاي خاص
8-      دما و فشار
سه فاکتور اول نشانگر اين هستند که نطفه بندي به وسيله ي متغير هاي ترموديناميکي اي چون ترکيب ، دما يا فشار کنترل نمي شود .بلکه با فاکتورهاي حساس محيطي کنترل مي گردد. به طور کي واکنشگر ها عبارتند از : سديم آلومينات ، سديم سيليکات ؛ سيليسيک اسيد ، سديم هيدروکسيد که براي تنظيم pH اضافه مي شود .


Firsts Science

نشانى مطلب در وبگاه جزيره دانش:
http://www.jazirehdanesh.com/find.php?item=1.433.99.fa