Zeolite là gì? Cấu trúc, cơ chế, hiệu quả của Zeolite

Zeolite là gì?

Zeolite là những tinh thể khoáng alumino silicate. Zeolite được nhà khoáng học Thụy Điển Axel Freddrik Cronstedt đặt tên vào năm 1756. Theo tiếng Hy Lạp, zeo có nghĩa là đun sôi, lithos có nghĩa là đá. Nguyên nhân là do Ông đã quan sát thấy một lượng nước ngấm trong tinh thể khoáng stilbite bốc hơi ra khi làm nóng nguyên liệu này.

Vào tháng 11 năm 2010, người ta xác định được 194 loại cấu trúc zeolite trong đó có 40 cấu trúc tự nhiên có nguồn gốc từ đá và tro núi lửa. Có nhiều dạng tinh thể khoáng zeolite khác nhau như analcime, chabazite, clinoptilolite, heulandite, natrolite, phillipsite, and stilbite.

Cấu trúc của Zeolite

Zeolite tự nhiên có cấu trúc tinh thể rỗng rất nhỏ dạng khung liên kết tetrahedra SiO44- mà ion Al3+ thay thế chỗ của một vài ion Si4+ (Mumpton, 1984). Sự thay thế này sẽ để lại vài mối gắn kết trống với hóa trị âm trên bề mặt hay trong cấu trúc của tinh thể zeolite. Các mối gắn kết sẽ được lắp đầy với cácion mang điện tích dương (cation) như Na+, K+, Ca2+ vàMg2+. Sự gắn kết với các cation này khá lỏng lẻo và dễ dàng bị trao đổi khi khoáng zeolite tiếp xúc với môi trường có cation khác.

Hình 1: Cấu trúc phân tử của Natrolite Na+16 (H2O)16| [Al16Si24 O80]

(nguồn: Database of Zeolite Structure, http://www.iza-structure.org/databases/)

Cơ chế tác động

Theo Boyd, 1995, zeolite có khả năng trao đổi cation với mức 2 – 5 meq/g, Vì vậy, khi môi trường có sự hiện diện của NH4+, zeolite có khả năng hấp thu hay trao đổi khoảng 28 – 70 mg NH4+ N/g, theo lý thuyết (do 1 meq nitrogen trong NH4+ nặng 14 mg) theo cơ chế sau:

Zeolite – Na + NH4+ Zeolite – NH4+ + Na+

Hiệu quả sử dụng

Thông thường, trong môi trường nước ao nuôi thủy sản, ammonia tồn tại ở 2 dạng ammonium (NH4+) và ammonia tự do (NH3). Trong nước zeolite có thể trao đổi cation với ammonium, khi hàm lượng ammonium trong nước giảm ammonia sẽ chuyển hóa thành ammonium dẫn đến giảm hàm lượng ammonia trong thủy vực (Marking and Bills 1982). Phương trình chuyển hóa như sau:

NH3 + H2O -> NH4+ + OH-

Zeolite thường được sử dụng với hàm lượng 200 kg/ha để làm giảm hàm lượng ammonia trong ao nuôi (Boyd, 1995). Tuy nhiên hàm lượng này có thể thay đổi tùy theo sản phẩm khác nhau của các nhà sản xuất và tùy vào mục đích sử dụng như cải tạo ao, giữa hay gần cuối vụ nuôi.

Vì zeolite có hiệu quả xử lý ammonia theo cơ chế trao đổi ion nên cần phải định kỳ sử dụng (10 – 15 ngày/lần) nhằm làm giảm hàm lượng ammonia phát sinh sau đó.

Lưu ý

- Zeolite tự nhiên rất hiếm khi tinh khiết và thường chứa nhiều tạp chất như khoáng chất, thạch anh, kim loại hay zeolite khác.

- Có nhiều nghiên cứu cho rằng hiệu quả xử lý ammonia sẽ giảm dần theo việc tăng độ mặn ở các ao nuôi do có sự canh tranh về việc trao đổi cation giữa ammonium và các cation khác trong nước mặn lợ như ion Na+, K+, Mg2+ và Ca2+. Thông thường,hàm lượng các cation này cao hơn hàm lượng ammonium (NH4+) trong nước mặn lợ. Kết quả nghiên cứu của Chiayvareesajja and Boyd (1993) cho biết ở độ mặn 4‰, zeolite có thể hấp thu 0,12 mg NH4+/g, ở 8 ‰là 0,10 mg NH4+/g, ở 16 ‰là 0,08mg NH4+/g, 32 ‰là 0,04 mg NH4+/g. Vì vậy hàm lượng zeolite cần để xử lý ammonia ở các ao nuôi nước mặn, lợ phải cao hơn so với các ao nuôi nước ngọt.

Nguồn từ UV-Việt Nam.

Rated 4.6/5 based on 28 votes