Zapewne wielu z nas przeglądając etykiety różnych produktów kosmetycznych lub środków czyszczących, kosmetyków czy filtrów do wody, natknęło się na słowo „zeolit”. Ale czy wszyscy wiemy co to słowo oznacza, czym jest ten zeolit i jakie ma właściwości? Nie wielu zapewne wie, że otrzymuje się go również z odpadów poprodukcyjnych. Samo wykorzystanie materiałów zeolitowych jest tak szerokie, że trudno wymienić wszystkie zastosowania. Poza wspomnianymi już kosmetykami czy środkami czyszczącymi, zeolity największe zastosowania znajdują w ochronie środowiska, katalizatorach, różnego rodzaju procesach filtracji i oczyszczania.
Słowo „zeolit” oznacza minerał glinokrzemianowy mający postać kryształów i charakteryzujący się różnymi bardzo ciekawymi właściwościami i o bardzo rozwiniętej strukturze wewnętrznej, która może osiągnąć wartości powierzchni właściwej od 100 do 900 m2/g. Cecha ta sprawia, że są one bardzo dobrymi sorbentami, katalizatorami oraz materiałami jonowymiennymi.
Pojęcie zeolitu wprowadził szwedzki mineralog F. Cronstedt w 1756 roku (zeolit w języku greckim to „wrzący kamień”). W przyrodzie odkryto około 40 różnych typów zeolitów naturalnych a w roku 1948 udało się opracować pierwszy zeolit syntetyczny. Obecnie uzyskać można natomiast aż około 130 typów zeolitów syntetycznych i są podstawy do tego, aby twierdzić, że można uzyskać ich o wiele więcej. Pomimo, że pierwsze naturalne zeolity odkryto już ponad 250 lat temu to obecnie nadal prowadzone są liczne badania skoncentrowane na poszukiwaniu metod umożliwiających syntetyczne wytwarzanie tego typu materiałów w ekonomiczny sposób. Produkcja zeolitów syntetycznych daje możliwość otrzymywania struktur o ściśle zdefiniowanych właściwościach dostosowanych do różnych aplikacji.
Obecnie rośnie zainteresowanie zastosowaniem materiałów zeolitowych w procesach selektywnej absorpcji, odwracalnej absorpcji i odwadniania, separacji cząsteczek oraz katalizy i wymiany jonowej, usuwania związków organicznych i metali ciężkich z zanieczyszczonej wody, wykorzystania jako membrany i sita molekularne itp. Wykorzystywane są również do oczyszczania ścieków komunalnych a także adsorpcji pozostałości środków ochrony roślin.
Zeolity naturalne bardzo dobrze sprawdzają się w zastosowaniach takich jak medycyna i kosmetyki. Mają dużą zdolność pochłaniania toksyn z organizmu, pomagają w diagnostyce i terapii chorób nowotworowych, dodawane do posiłków dają możliwość regulacji poziomu mikroelementów w organizmie człowieka, są stosowane w przygotowaniu opatrunków grzybobójczych. W kosmetykach można je znaleźć w różnego rodzaju glinkach peelingujących, pastach do zębów, środkach przeciwłupieżowych i dezodorujących. Są tak naprawdę jednymi z najchętniej stosowanych komponentów w kosmetyce ze względu na to, iż posiadają bardzo silne właściwości antyoksydacyjne i przeciwstarzeniowe [J. Pleśniak et al. / Analit 2 (2016) 146–151].
Jeżeli chodzi o zeolity syntetyczne, to bardzo duża ich ilość znajduje zastosowanie w katalizatorach. Kilka lat temu firma BASF wybudowała w Polsce największy w Europie zakład produkujący katalizatory (na terenie Legnickiej Specjalnej Strefy Ekonomicznej).Firma ta wytwarza swoje własne zeolity syntetyczne (chabazyt modyfikowany miedzią), które stanowią kluczowe materiały wyjściowe do katalizatorów w silnikach Diesla. Jak podają producenci, zeolity te usuwają aż 90% szkodliwych tlenków azotu ze spalin z silników Diesla.
Syntetyczne materiały zeolitowe można otrzymywać zarówno stosując odczynniki chemiczne (zawierające krzemiany sodu i gliniany sodu) a także surowce mineralne (np. materiały ilaste, kaoliny, tufy itp.) jak również wykorzystując odpady, które stanowią uboczne produkty spalania węgla UPS (popioły lotne lub żużle) lub też z odpadów pokopalnianych. Zeolity otrzymywane z odpadów posiadają parametry zbliżone do zeolitów naturalnych lub syntetyzowanych z czystych chemicznie składników i znajdują zastosowania głównie w ochronie środowiska poprzez wykorzystywanie ich na wysypiskach odpadów czy do sorpcji substancji niebezpiecznych itp. Wielokrotnie potwierdzono zarówno w badaniach jak i przy wdrożeniach takich technologii, że z odpadów można produkować materiały o właściwościach często nawet przewyższających naturalne zeolity.
Poniżej na rysunkach zaprezentowano przykładowe zeolity otrzymane z kalcynowanych łupków węglowych i popiołów lotnych ze spalania węgla w elektrociepłowniach (na podstawie badań wykonanych w Katedrze Inżynierii Materiałowej Politechniki Krakowskiej).
a)
b)
c)
Rys. Przykład wytwarzania zeolitu syntetycznego otrzymanego z odpadów z górnictwa (kopalnia węgla kamiennego Ruch Rydułtowy) a) surowy łupek węglowy; b) zmielony i kalcynowany łupek węglowy; c) zeolit syntetyczny otrzymany z łupków węglowych
Rys. Przykłady zeolitów otrzymanych z popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego.
Warto wiedzieć o tego typu rozwiązaniach i trochę inaczej spojrzeć na niektóre grupy odpadów. Z wielu odpadów poprocesowych w wyniku syntezy jesteśmy w stanie stworzyć bezpieczne i zaawansowane materiały funkcjonalne, co przynosi korzyści nie tylko związane z zagospodarowaniem odpadów ale również z tym, że syntetyzowane produkty mogą być wykorzystane w ochronie środowiska.