Proprietà di scambio superficiale di materiali zeolitici naturali e sintetici

La presente ricerca ha avuto come obiettivo quello di eseguire una caratterizzazione delle proprietà  di scambio superficiale di materiali zeolitici, naturali e sintetici, al fine di dare una prima valutazione sulla possibilità  di un loro impiego in processi di rimozione di cationi e anioni nocivi e/o di purificazione da specie organiche e pesticidi da acque di varia provenienza. La ricerca ਠstata sviluppata seguendo due filoni paralleli. Il primo ha riguardato lo studio delle proprietà  di scambio anionico superficiale di un tufo clinoptilolitico proveniente da St. Cloud, Winston, New Mexico (USA),il cui termine zeolitico ਠstato modificato mediante scambio superficiale con cationi a lunga catena aventi proprietà  surfattanti (surface modified zeolite, SMZ), essenzialmente esadeciltrimetilammonio bromuro o cloruro (HDTMA-Br/Cl). Le indotte proprietà  di scambio anionico sono state saggiate nei confronti di alcuni anioni comunemente presenti nell'acqua. La seconda direttrice di ricerca ਠstata, invece, rivolta allo studio delle proprietà  superficiali di termini zeoliti sintetici commerciali come zeoliti 4A (LTA) e 13X (FAU), con l'obiettivo di determinare la capacità  di scambio superficiale (ECEC) e valutare l'influenza dei parametri caratteristici della zeolite, principalmente rapporto Si/Al, densità  di carica e dimensione delle finestre di accesso ai canali interni della zeolite, su tale parametro oltre che sull'eventuale formazione di SMZ dopo scambio con molecole aventi proprietà  surfattanti. I risultati raccolti nel corso della sperimentazione sono stati essenzialmente di due tipi: -caratterizzazione termodinamica di reazioni di scambio anionico relative alla clinoptilolite, desunti da prove di equilibrio; -caratterizzazione cinetica di reazioni di scambio superficiale relative alle zeoliti sintetiche 4A e 13X. I campioni zeolitici naturali e sintetici sono stati sottoposti a caratterizzazione chimico-mineralogica. Successivamente si ਠprovveduto alla preparazione di congrui quantitativi di SMZ aventi come termine zeolitico la clinoptilolite e come surfattante HDTMA sia bromuro che cloruro, ed alla determinazione della ECEC ed AEC dei materiali SMZ ottenuti. L'analisi delle isoterme di scambio anionico dei due materiali SMZ-Cl e SMZ-Br ha riguardato le specie Br-, Cl-, NO3- e ClO4-. I dati di equilibrio ottenuti sono stati sottoposti ad una procedura di calcolo allo scopo di determinarne i parametri caratteristici, quali la costante di equilibrio (Ka) e la variazione di energia libera di Gibbs (deltaG°) e derivarne possibili sequenze di selettività  anionica, che sono le seguenti: SMZ-Cl: ClO4- >> Br- > NO3- > Cl-; SMZ-Br: NO3- ? ClO4- > Br- > Cl-. Tali sequenze sono sufficientemente in accordo con la serie di Hofmeister o serie liotropica ClO4 > NO3- > Br- > Cl-. Le prove cinetiche condotte su campioni di zeolite 4A e 13X ed una serie di grossi ioni ammonio tetrasostituiti in forma di idrossido, ovvero TMAOH, TEAOH, TPAOH, TBAOH, oltre che gli stessi TBABr e HDTMABr come riferimento, hanno permesso di ricavare un valore di concentrazione di equilibrio allo scambio, che corrisponde al valore del massimo uptake superficiale, corrispondente all'ECEC di ciascun termine zeolitico.