Ngày nay zeolite được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như trong công nghiệp hóa học, kỹ thuật môi trường, nuôi trồng thủy sản…

Trong ngành dầu khí zeolite chiếm 95% tổng lượng xúc tác trong quá trình lọc và hóa dầu và được sử dụng trong hầu hết những giai đoạn quan trọng như: Cracking, oligome hoá, alkyl hoá, thơm hoá các alkan, alken và izome hóa.

Trong nuôi trồng thủy sản Zeolite được sử dụng như chất hấp thụ những khí độc trong môi trường nuôi trồng như:NH3, H2S, CO2… vậy zeolite là gì và tại sao nó lại có nhiều ứng dụng như vậy?

1. Zeolite là gì?

Zeolite là một khoáng chất silicat nhôm kết hợp với một số kim loại kiềm (nhóm 1) và kiềm thổ (nhóm 2 trong bảng hệ thống tuần hoàn hóa học). Zeolite có công thức hóa học chung là:

Trong đó: Me là kim loại kiềm nhóm 1 như Na, K (x =1) hoặc kim loại kiềm thổ nhóm 2 như Ca, Mg (x=2).

Tên gọi Zeolite được cấu thành bởi 2 từ “Zeo” và “Lite” và theo tiếng hy lạp thì “Zeo” có nghĩa là “đun sôi” còn “lit” có nghĩa là “đá”. Vậy Zeolite có nghĩa là “đá đun sôi”. Tên gọi này được bắt nguồn từ năm 1756 khi nhà khoáng vật học người thụy điển Axel Fredrik Cronsted quan sát thấy hiện tượng rằng khi nung nóng nhanh thanh Stilbit (công thức hóa học là: NaCa2Al5Si13O36·14H2O) thì nó sinh ra một lượng hơi nước lớn.

Zeolite có cấu trúc mở nên nó có thể kết hợp được với các ion kim loại khác như Na+,K+ Ca2+, Mg2. Hiện nay có khoảng 48 loại zeolite trong tự nhiên được biết đến và có khoảng 150 loại zeolit đã được tổng hợp thành công.

2. Cấu trúc của Zeolite

Zeolit có cấu tạo dạng tinh thể xác định và chứa những lỗ xốp có kích thước nano. Các tứ diện SiO4 và AlO4 trong tinh thể zeolit liên kết với nhau qua nguyên tử oxy. Trong tinh thể zeolite có chứa các lỗ xốp nhỏ và các lỗ này được liên kết với nhau qua hệ thống các rãnh nhỏ. Nhờ hệ thống này mà zeolite có khả năng hấp thụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn lỗ xốp và đẩy những phân tử có kích thước lớn hơn ra ngoài.

Trong tinh thể zeolite ion một vài nguyên tử Al thay thế vị trí của nguyên tử Si, do vậy hình thành một số những “lỗ” mang điện tích âm. Để phân tử trung hòa về điện tích thì trong tự nhiên zeolite sẽ kết hợp với những cation kim loại khác như K+, Na+, ca2+, Mg2+. Những liên kết với những cation này trên bề mặt hay là trong tinh thể zeolite khá là lỏng lẻo. Do vậy ở môi trường có những cation khác nó dễ dàng bị trao đổi và thay thế bằng các cation tương ứng. Và đây cũng là một cơ chế hấp thụ khí độc của zeolite trong  nuôi trồng thủy sản.

3. Dùng Zeolite trong nuôi trồng thủy sản

• Trong nuôi trồng thủy sản thì zeolite được dùng với mục đích chính như:
• Hấp thu các khí độc tích tụ ở đáy ao như: NH3, H2S, CO2… và axít trong nước
• Giảm tỷ trọng kim loại nặng, độc hại trong ao nuôi.
• Phân hủy xác tảo,các chất lơ lửng bẩn trong ao nuôi, giúp cân bằng môi trường nước, ổn định độ pH.
• Ổn định màu nước,hạn chế có váng, làm sạch nước, tăng lượng oxy hòa tan trong nước.
• Hạn chế mầm bệnh,vi khuẩn có hại trong nước, vi khuẩn phát sáng trong ao nuôi…

Về cơ chế thì những phân tử lơ lửng, nhiễm bẩn, ion sẽ được hấp thụ vào những lỗ xốp và đường ống của zeolit. Những kim loại nặng, độc tố sẽ được hấp thụ qua phản ứng trao đổi ion với các ion của zeolite.

Cơ chế hấp thụ ammonia của zeolite

Trong ao hồ thì ammonia thường tồn tại ở dạng ion NH4+ và phân tử NH3. Cation NH4+ sẽ trao đổi với cation Na+ hay K+ trong zeolite và được loại bỏ ra khỏi nguồn nước. Khi lượng NH4+ giảm thì theo cơ chế NH3 sẽ thủy phân tạo thành NH4+ và tiếp tục xảy ra quá trình trao đổi ion và tổng thể lượng ammonia trong nước giảm đi.

Khi dùng zeolite để hấp thụ ammonia ở những ao, hồ nước mặn cần chú ý rằng hàm lượng zeolite cần dùng sẽ nhiều hơn đối với nước ngọt vì trong ao, hồ nước mặn có chứa thêm những cation như Na+, K+..do đó sẽ có sự cạnh tranh về việc trao đổi ion với ammonium và với các ion này