Zeolita HEU propiedades y características

Introducción.

La heulandita es una zeolita de origen natural, dentro de estas se encuentra la Clinoptilolita. Este tipo de zeolitas existen tanto como minerales naturales como sus análogos sintéticos. Los minerales naturales se pueden excava en las canteras a bajo costo. El marco HEU contiene un sistema de canal de poros con aberturas que consta de 10 MR que son 3.1+7.5 Å. Así como 8 MR a lo largo con dimensiones 2.8+4.7 Å. Los materiales con este tipo de zeolitas se dividen en dos clases, basadas en la relación de proporción Si/Al. Sí son mayor de proporción menor de 4 se conocen como huelandita, pero si son de proporción mayor a 4 se conocen como clinotilolita o heulandita rica en sílice. La diferencia clave en estos materiales es que aquellos con Si/Al de menor de 4 no son térmicamente estables a la calcinación por encima de 350°C. A menudo se encuentran huelanditas naturales que contienen Ba, Ca, Na, K y Sr además de una cantidad significativa de hierro como Fe3+.

Estructura.

La estructura porosa de la clinoptilolita (HEU) presenta tres canales huecos: un canal formado por anillos contiguos de ocho miembros con un acceso libre de 0.26 x 0.47 nm, y dos canales paralelos, uno de ocho miembros con ventanas de acceso de 0.33 x 0.46 nm y un canal de 10 miembros con acceso de 0.3 x 0.76 nm, (Figura 1). Pequeños cationes hidratados, como Na+, K+, Ca++ y Mg++, pueden entrar libremente en estos canales y ocupar determinados sitios [2,3], denominados M1, M2, M3 y M4. Los sitios y cationes están localizados y distribuidos de la siguiente manera: M1 está en el canal A, donde los cationes Na+ y Ca++ (Na+ > Ca++) se ubican en la intersección de los canales A y C; M2 está en el canal B con Ca++ > Na+; M3 está en el canal C en donde hay solamente K+ y M4 está en el canal A en donde hay solamente Mg++. Estos cationes son los centros específicos para la adsorción de las moléculas por lo que juegan un papel muy importante en el comportamiento de los procesos de adsorción y separación de mezclas de gases. 

También en el uso como separador de mezclas de gases que nace de su capacidad de adsorción, lo cual ha despertado el interés de científicos que han desarrollado diferentes sistemas aplicados a este fin.

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Figura1: Componentes principales en la estructura de la zeolita Clinoptilolita. (HEU)

Fuente: Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Depto. De Química, María Teresa Olguín Gutiérrez, D. F., México.

Caracterización de la zeolita HEU.

Los estudios de caracterización del mineral zeolítico HEU se necesitan pequeñas muestras para ser analizados mediante las siguientes técnicas científicas:

• Caracterización Mineralógica.

• Difracción de RX:

Las propiedades de la zeolita natural (como adsorbente y tamiz molecular), así como las propiedades hidrodinámicas de un medio filtrante dependen en gran medida de su composición química y mineralógica. La composición mineralógica de una muestra de mineral zeolítico para determinar mediante un Difractómetro de Rayos X (XRD). Basado en los picos de las intensidades registradas, se puede indicar que las cantidades de las especies mineralógicas presentes siguen la secuencia: cuarzo, cristobalita, esmectita, heulandita, mordenita y feldespato.

• Caracterización Morfológica.

• Microscopía Electrónica de Barrido:

El estudio morfológico se puede llevar acabo utilizando un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) provisto de una sonda de microanálisis de energía dispersiva (EDS). Este estudio tiene como propósito principal, la identificación de las fases cristalinas secundarias presentes. Puede observarse con claridad cristales tabulares de heulandita y mordenita fibrosa embebida en arcilla (esmectita).

• Caracterización Química.

• Fluorescencia de Rayos-X:

La evaluación de los componentes químicos presentes en el material zeolítico, se determinan utilizando un espectrómetro de fluorescencia de rayos X (XRF). La información obtenida como resultado de este análisis es de gran importancia debido a que proporciona las cantidades de los óxidos mayoritarios presentes en este material, en particular los contenidos de sílice y alúmina.

• Caracterización Física.

• Superficie Específica BET:

La determinación de la superficie específica se efectúa usando un analizador automático de área superficial y tamaño de poro, utilizando el método multipuntos BET y con las siguientes condiciones operativas: temperatura del gas de salida = 100°C, tiempo de ensayo = 3 horas; valores de P/Po entre 0.05 y 0.3 (donde Po es la presión del gas utilizado a la temperatura de prueba).

• Densidad Real y Aparente:

La determinación de la densidad real de las partículas del mineral zeolítico se realiza por el método pignométrico, utilizando un equipo de gas Accu Pyc 1330. La densidad aparente permite medir un volumen dado de material granular en probeta y su masa correspondiente. Estas propiedades son importantes para las condiciones de lavado de los filtros, en cuanto al consumo de agua de lavado y pérdida del material por arrastre; así como en las condiciones de operación, para garantizar una buena calidad del agua y una distribución uniforme de la pérdida de carga a lo largo del lecho.

• Capacidad de Intercambio Catiónico:

El análisis de la capacidad de intercambio catiónico (CIC), expresada en miliequivalentes por 100 gramos de material zeolítico, se realiza utilizando el método de doble intercambio propuesto por Minato H. (1997). La capacidad de intercambio catiónico (CIC). La activación sódica se realiza colocando una cantidad de zeolita en un recipiente conteniendo una solución de NaCl 2N con una relación sólido- líquido de 1:3 y a temperatura ambiente por 10 días.

Síntesis.

Un método para producir huelandita sintética con alto contenido de sílice es eliminar aluminio de la clinoptilolita natural para hacer un material con conocido como LZ-219.8. posteriormente, se desarrollan métodos para producir huelanditas sintéticas en un rango de i/ Al= 2.5-6 utilizando diversas fuentes de sílice y alúmina y una amplia gama de cationes inorgánicos. (Ca, K, Li, Na, Ca, Sr) en condiciones hidrotérmicas. Estos materiales se han considerado para aplicaciones como limpieza y separación de gases, el intercambio iónico, la isomerización de 1- buteno y xileno. La deshidratación de metanol, la hidratación de acetileno y la separación de nitrógeno del gas natural. En cualquiera de estas aplicaciones, la capacidad de adaptar la composición del tipo de zeolita es importante para propiedades del material tales como la capacidad de intercambio, estabilidad térmica e hidrotérmica, así como la accesibilidad de los poros.[pic 2]

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