زئولیت به تمامی اعضای خانواده مواد معدنی آلومینوسیلیکات هیدراته که حاوی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی باشند گفته می شود. این مواد ساختارهای چارچوبی دارند که از حفره های به هم پیوسته تشکیل شده است و می توانند کاتیون های فلزی (یون های دارای بار مثبت) و مولکول های آب را محصور کند. ساختار کلی زئولیت ها به صورت زیر است:

ساختار زئولیت

در ادامه به صورت خاص به روش هیدروترمال که یکی از مهمترین روش ها جهت سنتز زئولیت است ، خواهیم پرداخت. 

روش هیدروترمال:

سنتز زئولیت ها از طریق روش هیدروترمال شامل یک واکنش کریستالیزاسیون چند فازی است و محیط واکنش شامل یک فاز مایع و یک فاز جامد است، که فاز جامد می تواند کریستالی یا آمورف باشد. برای اولین بار Barrer در سال 1948 فرآیند سنتز هیدروترمال را به عنوان یک روش اساسی در سنتز Zeolite ها معرفی کرد. معمولا از روش هیدروترمال به دلیل یک سری مزایا همچون واکنش پذیری بالا، مصرف انرژی پایین، آلودگی هوای پایین، کنترل آسان محلول، تشکیل فازهای پایدار و ... برای سنتز زئولیت ها استفاده می شود. روش های جایگزین دیگری نیز برای سنتز زئولیت ها وجود دارد ولی بسیاری از دانشمندان همچون کاندی (cundy) و کاکس (cox)، اظهار داشته اند که مسیر اصلی سنتز زئولیت ها روش هیدروترمال است.

مواد اولیه روش هیدروترمال

مواد اولیه ای که در سنتز Zeolite استفاده می شود باید دارای یک سری خواص همچون مقرون به صرفه بودن، سازگار با محیط زیست و پایدار بودن باشد. از پیش ماده های مختلفی همچون سدیم سیلیکات و سدیم آلومینات خالص می توان برای تولید این ماده استفاده کرد، اما این مواد از آن جهت که نسبتا گران قیمت هستند و نیز تاثیر منفی بر محیط زیست دارند زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرند. لذا توجه بسیاری از دانشمندان به سمت منابع طبیعی خام و ارزان قیمت مانند کائولنت و fly ashe  جلب شده است. ولی نکته ای که باید به آن توجه کرد این است که پارامترهای سنتز این ماده باید بهینه شود.

پیش ماده کائولینیت:

 کائولینیت یک کانی رسی است که به خاک چینی نیز معروف است، ترکیب شیمیایی آن Al2O3.2SiO2.2H2O است.

در حالت کلی فرآیند تولید زئولیت از کائولینیت از دو مرحله تشکیل شده است:

  • متاکائولینیزاسیون (metakaolinization): تبدیل کائولن به متاکائولن با فعال سازی شیمیایی خاک رس کائولن
  • زئولیتاسیون (zeolitation): اصلاح متاکائولن با استفاده از محلول آبی قلیایی برای تشکیل زئولیت

واردل (wardle) و برندلی (Brindely) واکنش های مرحله متاکائولینیزاسیون را به صورت زیر شرح دادند.