Zeolith

Zeolithe sind eine Gruppe mikroporöser , kristalliner Aluminosilicatminerale , die häufig als kommerzielle Adsorbentien und Katalysatoren eingesetzt werden . ^{[ 1 ]} Sie bestehen hauptsächlich aus Silicium , Aluminium und Sauerstoff und haben die allgemeine Formel M ₂.^{n +} _1/n(AlO₂)⁻(SiO₂)_X･y H₂O, wo M^{n +} _1/nist entweder ein Metallion oder H ⁺ .

Der Begriff wurde ursprünglich 1756 von dem schwedischen Mineralogen Axel Fredrik Cronstedt geprägt , der beobachtete, dass beim schnellen Erhitzen eines Materials, bei dem es sich vermutlich um Stilbit handelte , große Mengen Wasserdampf aus dem vom Material adsorbierten Wasser freigesetzt wurden . Daraufhin nannte er das Material Zeolith (später im Englischen zu Zeolith geändert , um der Namenskonvention für Mineralien auf -it zu entsprechen ) abgeleitet vom Griechischen ζέω (zéō) , was „kochen“ bedeutet, und λίθος (líthos) , was „Stein“ bedeutet. ^{[ 2 ]}

Die erste synthetische Struktur wurde 1948 von Richard Barrer beschrieben. ^{[ 3 ]} Industriell wichtige Zeolithe werden synthetisch hergestellt. Über 200 synthetische Zeolithe wurden bereits beschrieben. ^{[ 4 ]}

Synthetische Zeolithe bieten gegenüber ihren natürlichen Pendants einige entscheidende Vorteile. Die synthetischen Materialien werden in einem einheitlichen, phasenreinen Zustand hergestellt. Es ist auch möglich, Zeolithstrukturen zu erzeugen, die in der Natur nicht vorkommen. Zeolith A ist ein bekanntes Beispiel. Die wichtigsten Rohstoffe für die Zeolithherstellung sind Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, die zu den häufigsten mineralischen Bestandteilen der Erde zählen.

Zeolithe kommen natürlich vor, werden aber auch industriell in großem Maßstab hergestellt. Bis Dezember 2018 wurden 253 einzigartige Zeolithgerüste identifiziert, und über 40 natürlich vorkommende Zeolithgerüste sind bekannt. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Jede neu gewonnene Zeolithstruktur wird von der Strukturkommission der International Zeolite Association (IZA-SC) untersucht und erhält eine dreibuchstabige Bezeichnung. ^{[ 7 ]}

Zeolithe sind weiße Feststoffe mit üblichen Handhabungseigenschaften, ähnlich wie viele andere Aluminosilicatminerale , z. B. Feldspat . Sie haben die allgemeine Formel (MAlO₂ ₎ (SiO₂ ₎ ₓ ₍ H₂O ₎ ᵧ _, wobei M⁺ ^{üblicherweise} für H⁺ und Na⁺ steht ^. Das ^Si /Al-Verhältnis ist variabel und ermöglicht so die gezielte Einstellung der Eigenschaften. Zeolithe mit einem Si/Al-Verhältnis von über etwa 3 werden als hochsiliciumhaltige Zeolithe klassifiziert ^und sind tendenziell hydrophober . H⁺ und Na⁺ ^können durch verschiedene Kationen ersetzt werden, da Zeolithe Ionenaustauscheigenschaften besitzen . Die Art der Kationen beeinflusst die Porosität der Zeolithe.

Zeolithe besitzen mikroporöse Strukturen mit einem typischen Durchmesser von 0,3–0,8 nm. Wie die meisten Aluminosilikate wird das Gerüst durch die Verknüpfung von Aluminium- und Siliciumatomen mittels Oxiden gebildet . Diese Verknüpfung führt zu einem dreidimensionalen Netzwerk aus Si-O-Al-, Si-O-Si- und Al-O-Al-Bindungen. Die Aluminiumzentren sind negativ geladen, weshalb ein begleitendes Kation erforderlich ist. Diese Kationen werden während der Materialbildung hydratisiert. Die hydratisierten Kationen unterbrechen das ansonsten dichte Netzwerk aus Si-O-Al-, Si-O-Si- und Al-O-Al-Bindungen und führen so zu regelmäßigen, wassergefüllten Hohlräumen. Aufgrund der Porosität des Zeoliths kann das Wasser durch Kanäle aus dem Material austreten. Aufgrund der Steifigkeit des Zeolithgerüsts führt der Wasserverlust nicht zum Kollaps der Hohlräume und Kanäle.

Ihre Fähigkeit, Hohlräume in einem starren Feststoff zu erzeugen, ist die Grundlage für den Einsatz von Zeolithen als Katalysatoren und Molekularsiebe. Aufgrund der kovalenten Bindungen in ihrem Gerüst weisen sie eine hohe physikalische und chemische Stabilität auf. Einige sind hydrophob und eignen sich daher zur Adsorption hydrophober Moleküle wie Kohlenwasserstoffe. Darüber hinaus sind hochsiliciumhaltige Zeolithe H⁺Im Gegensatz zu natürlichen Zeolithen sind sie austauschbar und werden als Feststoffsäurekatalysatoren eingesetzt . Insbesondere hochsiliciumhaltige Zeolithe sind ausreichend sauer, um Kohlenwasserstoffe zu protonieren. Sie werden in der petrochemischen Industrie für das Fluid Catalytic Cracking (FCC) verwendet . Crackkatalysatoren werden durch kohlenstoffhaltige Rückstände vergiftet. ^{[ 8 ]} Diese Rückstände können ohne größere Schäden am Wirtszeolith verbrannt werden, was ihre Robustheit weiter unterstreicht. Für einige Anwendungen werden solche regenerierten Zeolithe als Gleichgewichtskatalysatoren bezeichnet .

Die Strukturen hunderter Zeolithe wurden aufgeklärt. Die meisten kommen nicht natürlich vor. Die Internationale Zeolith-Vereinigung (IZA) vergibt für jede Struktur einen dreistelligen Code, den sogenannten Framework Type Code (FTC). ^{[ 5 ]} Beispielsweise gehören die wichtigsten Molekularsiebe 3A, 4A und 5A alle zum Typ LTA (Linde-Typ A). ​​Die meisten kommerziell erhältlichen natürlichen Zeolithe sind vom Typ MOR, HEU oder ANA.

Ein Beispiel für die Notation der Ringstruktur von Zeolithen und anderen Silikatmaterialien ist in der Abbildung oben rechts dargestellt. Die mittlere Abbildung zeigt eine gängige Notation mit der Strukturformel _SiO₄ . Die linke Abbildung hebt die tetraedrische SiO₄-Struktur hervor. Durch die Verbindung von Sauerstoffatomen entsteht ein viergliedriger Sauerstoffring (blaue, fette Linie). Diese Ringstruktur wird als Vierring oder einfach Vierring bezeichnet . Die Abbildung rechts zeigt einen Vierring, bei dem Si-Atome miteinander verbunden sind. Dies ist die gebräuchlichste Art, die Topologie des Gerüsts darzustellen.

Die Abbildung rechts vergleicht die typischen Gerüststrukturen von LTA (links) und FAU (rechts). Beide Zeolithe weisen die abgestumpfte Oktaederstruktur ( Sodalithkäfig ) auf (lila Linie). Die Art der Vernetzung (gelbe Linie) ist jedoch unterschiedlich: Bei LTA sind die Vierringe des Käfigs zu einem Gerüst verbunden, während bei FAU die Sechsringe miteinander verbunden sind. Dadurch besitzt LTA einen 8-Ring-Poreneingang (0,41 nm ^{[ 5 ]} ) und zählt zu den kleinporigen Zeolithen , während der Poreneingang von FAU einen 12-Ring-Poreneingang (0,74 nm ^{[ 5 ]} ) aufweist und zu den großporigen Zeolithen gehört . Materialien mit einem 10-Ring-Poreneingang werden als mittelporige Zeolithe bezeichnet ; ein typisches Beispiel ist ZSM-5 (MFI).

Obwohl über 200 Zeolithtypen bekannt sind, sind nur etwa 100 Aluminosilicattypen verfügbar. Zudem lassen sich nur wenige industriell herstellen und weisen eine ausreichende thermische Stabilität für industrielle Anwendungen auf. Die Typen FAU (Faujasit, USY), ^BEA (Beta-Zeolith), MOR (hochsiliziumhaltiger Mordenit), MFI (ZSM-5) und FER (hochsiliziumhaltiger Ferrierit) gelten als die fünf wichtigsten hochsiliziumhaltigen Zeolithe ^{[ 9 ]} , und für sie existieren etablierte industrielle Produktionsverfahren.

Der Anwendungsbereich von Zeolithen wird erheblich erweitert, da Silicium und Aluminium in Zeolithen zumindest teilweise durch andere Atome ersetzt werden können, ohne dass sich das Gesamtgerüst wesentlich verändert ( isomorpher Ersatz). Germanium, Eisen, Gallium, Bor, Zink, Zinn und Titan wurden untersucht. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Weitere Heteroatome, darunter Titan [ ^{12 ]} und Zink ^{[ 13 ],} wurden ebenfalls beschrieben. ^{Aluminiumatome} in Zeolithen können zudem strukturell durch Bor ^{[ 14 ]} und Gallium ^{[ 15 ]} ersetzt werden .

Bekannt sind der Silicoaluminophosphat- Typ (AlPO-Molekularsieb), ^{[ 16 ]} bei dem Si isomorph mit Al und P und Al isomorph mit Si ist, sowie das Gallogermanat ^{[ 17 ] und andere.}

Der Begriff Molekularsieb beschreibt eine besondere Eigenschaft dieser Materialien: die Fähigkeit, Moleküle selektiv, vorwiegend aufgrund ihrer Größe, zu trennen. Dies beruht auf einer sehr regelmäßigen Porenstruktur im molekularen Bereich. Die maximale Größe der Moleküle oder Ionen, die in die Poren eines Zeoliths eindringen können, wird durch die Kanaldimensionen bestimmt. Diese werden üblicherweise durch den Ringdurchmesser der Öffnung definiert. So bezeichnet beispielsweise der Begriff „Achtring“ einen geschlossenen Ring aus acht tetraedrisch koordinierten Silicium- (oder Aluminium-) und acht Sauerstoffatomen. Diese Ringe sind aufgrund verschiedener Ursachen nicht immer perfekt symmetrisch. Dazu gehören Spannungen, die durch die Bindungen zwischen den Einheiten entstehen, welche für die Gesamtstruktur notwendig sind, oder die Koordination einiger Sauerstoffatome der Ringe an Kationen innerhalb der Struktur. Daher sind die Poren vieler Zeolithe nicht zylindrisch.

Zu den häufigsten mineralischen Zeolithen zählen Analcim , Chabazit , Klinoptilolith , Heulandit , Natrolith , Phillipsit und Stilbit . Ein _{Beispiel für} die Mineralformel eines Zeoliths ist : Na₂Al₂Si₃O₁₀ · 2H₂O _{, die} Formel _für Natrolith .

Zeolithe wandeln sich unter Verwitterung , hydrothermaler Alteration oder metamorphen Bedingungen in andere Minerale um. Einige Beispiele: ^{[ 18 ]}

• Die Abfolge der kieselsäurereichen vulkanischen Gesteine ​​verläuft üblicherweise wie folgt:
  • Ton → Quarz → Mordenit – Heulandit → Epistilbit → Stilbit → Thomsonit → Mesolith → Scolecit → Chabazit → Calcit .
• Die Abfolge der kieselsäurearmen vulkanischen Gesteine ​​verläuft üblicherweise wie folgt:
  • Cowlesit → Levyn → Offretit → Analcim → Thomsonit → Mesolith → Scolecit → Chabazit → Calcit .

Im Jahr 2016 betrug die weltweite Jahresproduktion von natürlichem Zeolith etwa 3 Millionen Tonnen . Zu den größten Produzenten im Jahr 2010 zählten China (2 Millionen Tonnen), Südkorea (210.000 Tonnen), Japan (150.000 Tonnen), Jordanien (140.000 Tonnen), die Türkei (100.000 Tonnen), die Slowakei (85.000 Tonnen) und die Vereinigten Staaten (59.000 Tonnen). ^{[ 19 ]} Die gute Verfügbarkeit von zeolithreichem Gestein zu niedrigen Kosten und die Knappheit konkurrierender Mineralien und Gesteine ​​sind wahrscheinlich die wichtigsten Faktoren für seine großflächige Verwendung. Laut dem United States Geological Survey handelt es sich bei einem erheblichen Anteil des in einigen Ländern als Zeolith verkauften Materials wahrscheinlich um gemahlenen oder gesägten vulkanischen Tuff , der nur geringe Mengen an Zeolith enthält. Diese Materialien werden für Bauzwecke verwendet, z. B. Naturstein (als veränderter vulkanischer Tuff), Leichtzuschlagstoffe , puzzolanische Zemente und Bodenverbesserungsmittel . ^{[ 20 ]}

Typische Verfahren beinhalten das Erhitzen wässriger Lösungen von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid mit Natriumhydroxid . Äquivalente Reagenzien sind Natriumaluminat und Natriumsilicat . Weitere Variationen umfassen die Verwendung von strukturdirigierenden Agenzien (SDA) wie quaternären Ammoniumkationen . ^{[ 21 ]} Die Zeolithsynthese erfolgt über Sol-Gel -ähnliche Prozesse. Die Produkteigenschaften hängen von der Zusammensetzung des Reaktionsgemisches, dem pH-Wert des Systems, der Reaktionstemperatur , der Vorbehandlungszeit („Impfzeit“), der Reaktionszeit sowie den verwendeten Templaten ab. Im Sol-Gel-Prozess können weitere Elemente (Metalle, Metalloxide) eingebaut werden.

Zeolithe werden häufig als Katalysatoren und Sorptionsmittel eingesetzt . ^{[ 22 ] [ 23 ]} In der Chemie werden Zeolithe als Membranen zur Trennung von Molekülen (nur Moleküle bestimmter Größen und Formen können hindurchtreten) und als Fallen für Moleküle verwendet, damit diese analysiert werden können.

Die Forschung und Entwicklung der vielfältigen biochemischen und biomedizinischen Anwendungen von Zeolithen, insbesondere der natürlich vorkommenden Arten Heulandit , Klinoptilolith und Chabazit, wird fortgesetzt. ^{[ 24 ]}

Zeolithe werden häufig als Ionenaustauscherbetten in der häuslichen und gewerblichen Wasseraufbereitung , Wasserenthärtung und anderen Anwendungen eingesetzt.

Hinweise auf das älteste bekannte Zeolith-Wasserreinigungssystem finden sich in den ungestörten Sedimenten des Corriental-Stausees in der Maya-Stadt Tikal im Norden Guatemalas. ^{[ 25 ]}

Früher wurden Polyphosphate zur Wasserenthärtung eingesetzt. Sie bilden Komplexe mit Metallionen wie Ca²⁺ ^und Mg²⁺ ^und binden diese, sodass sie den Reinigungsprozess nicht stören können. Gelangt dieses phosphatreiche Wasser jedoch in Fließgewässer, führt es zur Eutrophierung von Körpern. Daher wurde die Verwendung von Polyphosphaten durch synthetische Zeolithe ersetzt.

Der größte Einzelanwendungsbereich für Zeolithe ist der globale Markt für Waschmittel . Zeolithe werden in Waschmitteln als Wasserenthärter eingesetzt, indem sie Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen entfernen ^, die ^{andernfalls aus der Lösung ausfallen würden. Die Ionen werden von den Zeolithen gebunden, die im Gegenzug Na⁺-} Ionen in die Lösung freisetzen . Dadurch ist das Waschmittel auch in Gebieten mit hartem Wasser wirksam. ^{[ 26 ]}

Synthetische Zeolithe werden, wie andere mesoporöse Materialien (z. B. MCM-41 ), in der petrochemischen Industrie häufig als Katalysatoren eingesetzt , beispielsweise beim Fluid Catalytic Cracking (FCC ) und Hydrocracken . Zeolithe schließen Moleküle in kleinen Zwischenräumen ein, was zu Veränderungen ihrer Struktur und Reaktivität führt. Saure Zeolithe sind oft starke Feststoffsäuren , die eine Vielzahl säurekatalysierter Reaktionen wie Isomerisierung , Alkylierung und Cracken ermöglichen.

Beim katalytischen Cracken werden ein Reaktor und ein Regenerator eingesetzt. Das Einsatzmaterial wird auf einen heißen, fluidisierten Katalysator eingespritzt, wo große Gasölmoleküle in kleinere Benzinmoleküle und Olefine gespalten werden . Die gasförmigen Produkte werden vom Katalysator abgetrennt und in verschiedene Produkte destilliert. Der Katalysator wird zu einem Regenerator geleitet, wo mit Hilfe von Luft der im Crackprozess entstandene Koks von seiner Oberfläche abgebrannt wird. Der heiße, regenerierte Katalysator wird anschließend zurück in den Reaktor geführt, um den Kreislauf zu schließen.

Zeolithe werden in fortschrittlichen Wiederaufbereitungsverfahren für Kernbrennstoffe eingesetzt . Ihre mikroporöse Struktur ermöglicht es ihnen, bestimmte Ionen einzufangen, während andere ungehindert passieren können. Dadurch lassen sich viele Spaltprodukte effizient aus dem Abfall entfernen und dauerhaft einschließen. Ebenso wichtig sind die mineralischen Eigenschaften der Zeolithe. Ihre Aluminiumsilikatstruktur ist extrem widerstandsfähig und strahlungsbeständig, selbst in poröser Form. Sobald die Zeolithe mit eingeschlossenen Spaltprodukten beladen sind, kann die Kombination aus Zeolith und Abfall unter Heißpressung zu einer extrem haltbaren Keramikform verpresst werden. Dadurch werden die Poren verschlossen und der Abfall in einem festen Steinblock eingeschlossen. Diese Abfallform reduziert die Gefährdung im Vergleich zu herkömmlichen Wiederaufbereitungssystemen erheblich. Zeolithe werden auch zur Eindämmung von Leckagen radioaktiver Stoffe verwendet. So wurden beispielsweise nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima Daiichi Sandsäcke mit Zeolith in das Meerwasser nahe des Kraftwerks geworfen, um das in hohen Konzentrationen vorhandene radioaktive Cäsium-137 zu adsorbieren. ^{[ 27 ]}

Zeolithe besitzen das Potenzial zur präzisen und spezifischen Trennung von Gasen, darunter die Abtrennung von H₂O _, CO₂ _und SO₂ _aus minderwertigen Erdgasströmen . Weitere Trennverfahren umfassen die Abtrennung von Edelgasen , _N₂ , _O₂ , Freon und Formaldehyd .

Bordseitige Sauerstofferzeugungssysteme (OBOGS) und Sauerstoffkonzentratoren nutzen Zeolithe in Verbindung mit Druckwechseladsorption , um Stickstoff aus Druckluft zu entfernen und so Sauerstoff für Flugbesatzungen in großen Höhen sowie für Heim- und tragbare Sauerstoffversorgung bereitzustellen. ^{[ 28 ]}

Sauerstoffkonzentratoren auf Zeolithbasis werden häufig zur Herstellung von medizinischem Sauerstoff eingesetzt. Der Zeolith dient als Molekularsieb , um aus der Luft gereinigten Sauerstoff zu gewinnen. Dabei wird Stickstoff adsorbiert, wodurch hochreiner Sauerstoff und bis zu 5 % Argon zurückbleiben.

Zeolithe werden auch als Molekularsieb in Kryosorptions - Vakuumpumpen eingesetzt . ^{[ 29 ]}

Zeolithe können zur thermochemischen Speicherung von Solarwärme aus Solarthermiekollektoren eingesetzt werden , wie Guerra 1978 erstmals demonstrierte ^{[ 30 ]} , sowie zur Adsorptionskältetechnik , wie Tchernev 1974 erstmals demonstrierte ^{[ 31 ].} Dabei werden ihre hohe Adsorptionswärme und ihre Fähigkeit zur Hydratisierung und Dehydratisierung unter Beibehaltung der Strukturstabilität genutzt. Diese hygroskopische Eigenschaft, verbunden mit einer inhärenten exothermen ( energiefreisetzenden ) Reaktion beim Übergang von der dehydratisierten zur hydratisierten Form, macht natürliche Zeolithe nützlich für die Nutzung von Abwärme und Solarenergie.

Synthetische Zeolithe werden als Zusatzstoff bei der Herstellung von Warmasphalt eingesetzt . Die Entwicklung dieser Anwendung begann in den 1990er Jahren in Deutschland. Sie tragen zur Senkung der Temperatur während der Asphaltherstellung und des Einbaus bei, was den Verbrauch fossiler Brennstoffe und damit die Freisetzung von Kohlendioxid , Aerosolen und Dämpfen reduziert. Der Einsatz synthetischer Zeolithe in Heißasphalt erleichtert die Verdichtung und ermöglicht bis zu einem gewissen Grad den Einbau bei Kälte sowie längere Transportstrecken.

Als Puzzolan in Portlandzement eingesetzt , können sie die Chloriddurchlässigkeit verringern und die Verarbeitbarkeit verbessern. Sie reduzieren das Gewicht und tragen zur Regulierung des Wassergehalts bei, während sie gleichzeitig eine langsamere Trocknung ermöglichen, was die Bruchfestigkeit erhöht. ^{[ 32 ]} In Kalkmörteln und Kalk-Metakaolin-Mörteln können synthetische Zeolithpellets gleichzeitig als puzzolanisches Material und Wasserspeicher fungieren. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

Zeolithe wurden als Zusatzstoffe in zementgebundenen Mörteln untersucht, um deren mechanische Eigenschaften und Nachhaltigkeit zu verbessern. Industrielle, aus Abfällen gewonnene Zeolithe, wie beispielsweise NaP- und LTA-Zeolithe aus gefährlichen Aluminiumabfällen, können Zement in Mörteln teilweise ersetzen (5–15 % Substitution). Der LTA-Zeolith mit seiner kleineren Partikelgröße dient als Füllstoff und Kristallisationskeim für Zementhydrate, wodurch die Hydratation beschleunigt und die Frühfestigkeit erhöht wird. NaP-Zeolith mit seinem höheren Siliciumdioxidgehalt fördert puzzolanische Reaktionen, die die Langzeitfestigkeit der Mörtel verbessern. ^{[ 35 ]}

Nicht klumpende Katzenstreu wird oft aus Zeolith (oder Diatomit ) hergestellt.

Zeolithe werden als Filterzusätze in Aquarien eingesetzt ^{[ 20 ]} , wo sie Ammoniak und andere Stickstoffverbindungen adsorbieren . Aufgrund der hohen Affinität einiger Zeolithe zu Calcium können sie in hartem Wasser weniger effektiv sein und zu Calciummangel führen. Die Zeolithfiltration wird auch in einigen Meerwasseraquarien verwendet, um die Nährstoffkonzentrationen niedrig zu halten und so das Wachstum von Korallen, die an nährstoffarme Gewässer angepasst sind, zu fördern.

Die ursprüngliche Formulierung des Hämostatikums QuikClot , das zur Stillung schwerer Blutungen eingesetzt wird ^{[ 36 ]} , enthielt Zeolithgranulat. Bei Kontakt mit Blut absorbierten die Granulate rasch Wasser aus dem Blutplasma, wodurch eine exotherme Reaktion mit Wärmeentwicklung entstand. Die Wasseraufnahme führte außerdem zu einer Konzentration der im Blut vorhandenen Gerinnungsfaktoren, wodurch die Blutgerinnung deutlich beschleunigt wurde, wie in vitro gezeigt wurde ^{[ 37 ]} .

Die QuikClot-Formulierung von 2022 verwendet ein mit Kaolin imprägniertes Vliesmaterial. Kaolin ist ein anorganisches Mineral, das Faktor XII aktiviert und dadurch die natürliche Blutgerinnung beschleunigt. ^{[ 38 ]} Im Gegensatz zur ursprünglichen Zeolith-Formulierung weist Kaolin keine thermogenen Eigenschaften auf.

Vermischen von kompostierten Abfallstoffen aus der Weinproduktion mit Zeolithen

Die mikroporöse Struktur der in den Boden eingebrachten Zeolithe stabilisiert die Wasserabgabe und den pH-Wert.

In der Landwirtschaft wird Klinoptilolith (ein natürlich vorkommender Zeolith) zur Bodenverbesserung eingesetzt. Er liefert langsam freigesetztes Kalium . Wurde er zuvor mit Ammonium beladen , kann der Zeolith eine ähnliche Funktion bei der langsamen Freisetzung von Stickstoff erfüllen .

Zeolithe können auch als Wasserspeicher fungieren, indem sie bis zu 55 % ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen und es bedarfsgerecht an die Pflanze abgeben. Diese Eigenschaft kann Wurzelfäule verhindern und Trockenperioden abmildern.

Zeolithe finden in der Veterinärmedizin Anwendung; Klinoptilolith ist in der EU als Zusatzstoff für Rinderfutter zugelassen. ^{[ 39 ]} Er wirkt primär als Entgiftungsmittel im Darm, wo er unerwünschte Substanzen mittels Ionenaustausch absorbiert, bevor diese ausgeschieden werden. Beispielsweise sind Nitratdünger wasserlöslich, und eine längere Exposition von Milchkühen beeinträchtigt bekanntermaßen den Proteinstoffwechsel und die Glukoseverwertung. Klinoptilolith adsorbiert Nitrat-Ionen mit hoher Selektivität und kann so diese negativen Auswirkungen reduzieren. ^{[ 40 ]}

Zeolithe wurden für medizinische Anwendungen beim Menschen untersucht ^{[ 41 ]} , insbesondere für Darmerkrankungen. ^{[ 42 ] [ 43 ]} Bislang gibt es keine zugelassenen medizinischen Anwendungen für Zeolithe (Stand: 2024). Dennoch werden sie häufig als Nahrungsergänzungsmittel vermarktet .

Zur Zeolith-Strukturgruppe ( Nickel-Strunz-Klassifizierung ) gehören: ^{[ 5 ] [ 18 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

• 09.GA. – Zeolithe mit T ₅ O ₁₀ Einheiten (T = kombiniertes Si und Al): die faserigen Zeolithe
  • Natrolit-Gerüst (NAT): Gonrdit , Natrolit , Mesolith , Paranatrolit , Scolecit , Tetranatrolit
  • Edingtonit-Gerüst (EDI): Edingtonit , Kalborsit
  • Thomsonit-Gerüst (THO): Thomsonit -Reihe
• 09.GB. – Ketten aus einzelnen verbundenen 4-gliedrigen Ringen
  • Analcim-Gerüst (ANA): Analcim , Leucit ( topologisch ein Zeolith, obwohl wasserfrei ; chemisch ein Feldspatoid ), ^{[ 47 ]} Pollucit , Wairakit
  • Laumontit (LAU), Yugawaralit (YUG), Goosecreekit (GOO), Montesommait (MON)
• 09.GC. – Ketten doppelt verbundener Vierringe
  • Phillipsit-Gerüst (PHI): Harmonom , Phillipsit- Reihe
  • Gismondin-Gerüst (GIS): Amicit , Gismondin , Garronit , Gobbinsit
  • Boggsit (BOG), Merlinoit (MER), Mazzit- Serie (MAZ), Paulingit- Serie (PAU), Perlialit (Linde-Typ-L-Gerüst, Zeolith L, LTL)
• 09.GD. – Ketten aus 6-gliedrigen Ringen: tafelförmige Zeolithe
  • Chabazit-Gerüst (CHA): Chabazit -Serie, Herschelit , Willhendersonit und SSZ-13
  • Faujasit-Gerüst (FAU): Faujasit -Serie, Linde-Typ X (Zeolith X, X-Zeolithe), Linde-Typ Y (Zeolith Y, Y-Zeolithe)
  • Mordenit-Gerüst (MOR): Maricopait , Mordenit
  • Offretit-Wenkit-Untergruppe 09.GD.25 (Nickel-Strunz, 10. Auflage): Offretit (OFF), Wenkit (WEN)
  • Bellbergit (TMA-E, Aiello und Barrer; Gerüsttyp EAB), Bikitait (BIK), Erionit- Serie (ERI), Ferrierit (FER), Gmelinit (GME), Levyne- Serie (LEV), Dachiardit- Serie (DAC), Epistilbit (EPI)
• 09.GE. – Ketten von T ₁₀ O ₂₀ Tetraedern (T = kombiniertes Si und Al)
  • Heulandit-Gerüst (HEU): Klinoptilolith , Heulandit- Reihe
  • Stilbit-Gerüst (STI): Barrerit , Stellerit , Stilbit- Reihe
  • Brewsterit-Gerüst (BRE): Brewsterit -Reihe
• Andere
  • Cowlesit , Pentasil (auch bekannt als ZSM-5 , Gerüsttyp MFI), Tschernichit (Beta-Polymorph A, ungeordnetes Gerüst, BEA), Linde-Typ-A-Gerüst (Zeolith A, LTA)

Computerberechnungen haben Millionen hypothetischer Zeolithstrukturen vorhergesagt. Bislang wurden jedoch nur 232 dieser Strukturen entdeckt und synthetisiert. Viele Zeolithforscher fragen sich, warum nur dieser geringe Anteil an Möglichkeiten beobachtet wird. Eine Erklärung ist, dass bestimmte Gerüststrukturen unzugänglich sein könnten, da die Keimbildung aufgrund der Bildung stabilerer und energetisch günstigerer Zeolithe nicht stattfinden kann. Um diesem Problem zu begegnen, wurde die postsynthetische Modifizierung mit der ADOR-Methode eingesetzt ^{[ 48 ]} . Es wurde eine Theorie der Kristallisation über gelöste Prä-Nukleationscluster entwickelt ^{[ 49 ]} . Untersuchungen zur Zeolithkristallisation in hydratisierten ionischen Silikatflüssigkeiten (HSIL) haben gezeigt, dass Zeolithe durch die Kondensation von ionenpaarigen Prä-Nukleationsclustern keimen können ^{[ 50 ] [ 51 ] .}

Die meisten Zeolithe sind ungiftig. Faserige Zeolithe wie Erionit wurden mit dem Lungenkrebs Mesotheliom in Verbindung gebracht . ^{[ 52 ] [ 53 ]} Weitere mögliche asbestartige Zeolithe, deren Toxizität derzeit erforscht wird (oder noch weiterer Forschungsbedarf besteht), sind: Ferrierit (aufgrund seiner großen chemischen Ähnlichkeit und seines Kristallgitters mit Erionit ein aussichtsreicher Kandidat für Toxizität), ^{[ 54 ]} Mordenit , ^{[ 55 ]} Mesolith , ^{[ 56 ]} Thomsonit , ^{[ 55 ]} Natrolith , ^{[ 56 ]} und Skolecit . ^{[ 55 ]}

• Geopolymer  – Polymeres Si–O–Al-Gerüst ähnlich Zeolithen, aber amorph
• Liste der Mineralien
• Hypothetischer Zeolith
• Adsorption  – Phänomen der Oberflächenhaftung
• Feste Sorptionsmittel zur Kohlenstoffabscheidung  – Materialien, die Kohlendioxid absorbieren
• Pyrolyse  – Thermische Zersetzung von Materialien

• Als Standardwerk auf diesem Gebiet gilt Brecks Buch Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, And Use . ^{[ 1 ]}
• Sheppard RA (1973). „Zeolithe in Sedimentgesteinen“. In: Brobst DA, Pratt WP (Hrsg.). Mineralressourcen der Vereinigten Staaten . Fachbericht. Band 820. Washington, DC: USGS . S.  689–695 . doi : 10.3133/pp820 .
• Clifton RA (1987). Natürliche und synthetische Zeolithe . Informationsrundschreiben 9140. Pittsburgh: USBM . OCLC  14932428 .
• Mumpton FA (1999). „La roca magica: Uses of natural zeolites in agriculture and industry“ . PNAS . 96 ( 7): 3463–3470 . Bibcode : 1999PNAS...96.3463M . doi : 10.1073/pnas.96.7.3463 . PMC  34179. PMID  10097058 .
• Monnier JB, Dupont M (1983). „Zeolith-Wasser-Solarkühlkreislauf mit geschlossenem Kreislauf; numerische Optimierung und Feldversuche“. Proc. Annu. Meet. - Am. Sect. Int. Sol. Energy Soc. 6 : 181– 185. OSTI  5126636 .Tagung der American Solar Energy Society . 1. Juni 1983. Minneapolis, Minnesota, USA.
• Newsam JM (1992). „Zeolithe“. In: Cheetham AK, Day P (Hrsg.). Festkörperchemie . Band 2. Clarendon Press. ISBN 978-0-19-855166-9Die
• Rhodes CJ (2007). „Zeolithe: Physikalische Aspekte und Umweltanwendungen“. Annu. Rep. Prog. Chem. C . 103 : 287– 325. doi : 10.1039/b605702k .
•  Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus der Publikation „Zeolithe“ ( PDF) des United States Geological Survey .

• Internationale Zeolith-Vereinigung
• Datenbank zur Charakterisierung von Zeolithporen (Archiviert am 24.05.2014 im Internet Archive) .
• Die Synthesekommission der Internationalen Zeolith-Vereinigung
• Verband der Europäischen Zeolith-Vereinigungen
• Britischer Zeolithverband
• Datenbank der Zeolithstrukturen