Con­di­vi­di l'ar­ti­co­lo
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

di Do­na­to Fer­ruc­ci

“Zeo­li­te”, ter­mi­ne co­nia­to nel 1756 dallo sco­pri­to­re, il mi­ne­ra­lo­gi­sta sve­de­se Alex F. Cron­stedt, dal greco “bol­li­re” (zein) e “pie­tra” (li­thos), ri­chia­ma il com­por­ta­men­to di que­sti ma­te­ria­li che, se sot­to­po­sti a ri­scal­da­men­to, sem­bra­no bol­li­re per la ve­lo­ce per­di­ta del­l’ac­qua che con­ten­go­no.

Le zeo­li­ti sono mi­ne­ra­li mi­cro­po­ro­si ad im­pal­ca­tu­ra tri­di­men­sio­na­le ti tipo te­trae­dri­co. Dal punto di vista chi­mi­co, le zeo­li­ti sono degli al­lu­mi­no-si­li­ca­ti idra­ti di me­tal­li al­ca­li­ni e/o al­ca­li­no-ter­ro­si, ap­par­te­nen­ti alla clas­se dei tec­to­si­li­ca­ti.
Le zeo­li­ti co­sti­tui­sco­no una fa­mi­glia di mi­ne­ra­li che pre­sen­ta­no una strut­tu­ra cri­stal­li­na molto aper­ta, con pre­sen­za di ca­vi­tà il cui vo­lu­me varia dal 30 al 50% del vo­lu­me del­l’in­te­ro cri­stal­lo. Le ca­vi­tà sono col­le­ga­te da ca­na­li co­mu­ni­can­ti tra loro e con l’e­ster­no del cri­stal­lo, de­li­mi­ta­ti da aper­tu­re di dia­me­tro tale da con­sen­ti­re a ca­tio­ni e mo­le­co­le di mi­gra­re verso l’in­ter­no della strut­tu­ra. Allo stato na­tu­ra­le le ca­vi­tà e i ca­na­li sono oc­cu­pa­ti da ioni Na+, K+, Ca2+ (nor­mal­men­te scam­bia­bi­li) e mo­le­co­le di acqua. I ca­na­li sono suf­fi­cien­te­men­te lar­ghi da con­sen­ti­re il pas­sag­gio di spe­cie ospi­ti.
Una delle ca­rat­te­ri­sti­che di mag­gio­re ri­lie­vo in ter­mi­ni fun­zio­na­li è data dalla pre­sen­za del­l’al­lu­mi­nio, che de­ri­va dalla pro­prie­tà strut­tu­ra­le dei tec­to­si­li­ca­ti, e que­sta rende pos­si­bi­le la so­sti­tu­zio­ne dello ione coor­di­nan­te il te­trae­dro, senza che si al­te­ri­no le ca­rat­te­ri­sti­che di omo­ge­nei­tà del re­ti­co­lo cri­stal­li­no, con­fe­ren­do al mi­ne­ra­le una no­te­vo­le ca­pa­ci­tà di scam­bio ca­tio­nio­ni­co a fron­te di una ele­va­ta sta­bi­li­tà.
In na­tu­ra sono state iden­ti­fi­ca­te circa 60 spe­cie di mi­ne­ra­li zeo­li­ti­ci, con rap­por­to Si/Al com­pre­so, a parte rare ec­ce­zio­ni, tra 1 e 5, men­tre le spe­cie sin­te­ti­che ri­sul­ta­no es­se­re più di 200, con con­te­nu­to di Si molto va­ria­bi­le fino a ter­mi­ni com­ple­ta­men­te si­li­ci­ci.

Nelle fasi idra­te la di­si­dra­ta­zio­ne si re­gi­stra a tem­pe­ra­tu­re di so­li­to in­fe­rio­ri a 400 °C ed è in larga parte re­ver­si­bi­le.

La for­mu­la chi­mi­ca è:  (Me (m/z))・[Alm・Sin・O2(m+n)]・qH2O, con Me rap­pre­sen­ta un ca­tio­ne me­tal­li­co estra­neo alla strut­tu­ra (Li+, Na+, K+,Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mg2+, ecc.)

Rap­pre­sen­ta­zio­ni gra­fi­che delle zeo­li­ti

zeoliti zeolite

 

Ap­pli­ca­zio­ni delle zeo­li­ti

La di­spo­si­zio­ne spa­zia­le della strut­tu­ra ge­ne­ra una rete di ca­vi­tà e di ca­na­li uni­for­mi, in­ter­co­mu­ni­can­ti e di di­men­sio­ni com­pre­se tra 0.3 e 1 nm. Que­sto de­ter­mi­na nelle zeo­li­ti este­se su­per­fi­ci spe­ci­fi­che ed ampi vo­lu­mi in­ter­ni. Que­st’ul­ti­mi sono oc­cu­pa­ti in con­di­zio­ni nor­ma­li dal­l’ac­qua o, pre­via ri­mo­zio­ne di que­sta per trat­ta­men­to ter­mi­co, da mo­le­co­le, spe­cial­men­te po­la­ri, di dia­me­tro cri­ti­co non mag­gio­re delle fi­ne­stre di ac­ces­so.

Da tali ca­rat­te­ri­sti­che si pos­so­no de­su­me­re al­cu­ne pro­prie­tà delle zeo­li­ti, da cui di­scen­do­no molte in­te­res­san­ti ap­pli­ca­zio­ni le­ga­te al set­to­re agri­co­lo, in­du­stria­le ma anche per il set­to­re le­ga­to alla sa­lu­te della per­so­na. Le più in­te­res­san­ti per i set­to­ri in­di­ca­ti:

  • Ad­sor­bi­men­to
  • Scam­bio io­ni­co

Nel primo caso è pos­si­bi­le sfrut­ta­re la ca­pa­ci­tà di as­sor­bi­men­to del­l’ac­qua di con­den­sa.

Nel se­con­do, molto più in­te­res­san­te, de­ri­va dalla loro ca­pa­ci­tà di scam­bio dei ca­tio­ni ospi­ti del­l’im­pal­ca­tu­ra anio­ni­ca. Una volta poste a con­tat­to con so­lu­zio­ni esse sono in­fat­ti in grado di scam­bia­re, in ma­nie­ra più o meno com­ple­ta, gli ioni del pro­prio re­ti­co­lo con quel­li pre­sen­ti nella fase ac­quo­sa. Tale pro­prie­tà è de­ter­mi­na­ta dal fatto che i ca­tio­ni, pre­sen­ti nei ca­na­li e nelle ca­vi­tà per bi­lan­cia­re la ca­ri­ca ne­ga­ti­va del re­ti­co­lo de­ri­van­te dalla pre­sen­za di al­lu­mi­nio in coor­di­na­zio­ne te­trae­dri­ca, sono le­ga­ti piut­to­sto de­bol­men­te al­l’im­pal­ca­tu­ra anio­ni­ca della zeo­li­te.

I set­to­ri di in­te­res­se

Zeo­li­ti per la pro­du­zio­ne pri­ma­ria

Fun­zio­ne le­ga­ta al si­ste­ma suo­lo-pian­ta (Nu­tri­zio­ne delle pian­te, chi­mi­ca del ter­re­no)

Le par­ti­co­la­ri pro­prie­tà chi­mi­co-fi­si­che delle zeo­li­ti, sono alla base delle ap­pli­ca­zio­ni nel set­to­re agri­co­lo. L’u­ti­liz­zo è ab­ba­stan­za re­cen­te, seb­be­ne in al­cu­ne aree del Giap­po­ne è tra­di­zio­ne se­co­la­re uti­liz­za­re zeo­li­ti na­tu­ra­li, quali cli­nop­ti­lo­li­te e mor­de­ni­te, per il con­trol­lo del pH del suolo.

Ul­te­rio­ri ap­pli­ca­zio­ni le­ga­te agli aspet­ti nu­tri­zio­na­li delle pian­te, de­ri­va­no dalla ca­pa­ci­tà della zeo­li­te di fun­ge­re da agen­te a len­to-ri­la­scio nel suolo e di mi­glio­ra­re la ri­ten­zio­ne dei com­po­sti azo­ta­ti e dei nu­trien­ti in ge­ne­ra­le.

Lo scam­bio io­ni­co ha un ruolo fon­da­men­ta­le in que­sto fe­no­me­no: l’ad­di­zio­ne di zeo­li­te al suolo si tra­du­ce in un in­cre­men­to della ca­pa­ci­tà di scam­bio nei con­fron­ti dei nu­trien­ti, e in de­fi­ni­ti­va un mi­glio­ra­men­to della fer­ti­li­tà del ter­re­no. In­fat­ti le zeo­li­ti, prin­ci­pal­men­te quel­le ric­che di K+, una volta ag­giun­te al ter­re­no, ri­la­scia­no il po­tas­sio len­ta­men­te e man mano che le pian­te lo ri­chie­do­no. In modo del tutto ana­lo­go, tali mo­le­co­le pos­so­no es­se­re pre­ven­ti­va­men­te “ca­ri­ca­te” con com­po­sti azo­ta­ti che sa­ran­no ri­la­scia­ti len­ta­men­te, ri­du­cen­do la di­sper­sio­ne nel­l’am­bien­te ren­den­do più ef­fi­cien­te l’as­sor­bi­men­to da parte delle col­tu­re. Inol­tre, re­stan­do nel ter­re­no, con­ti­nue­ran­no a svol­ge­re fun­zio­ne di “vo­la­no” per gli ele­men­ti nu­tri­ti­vi a ca­ri­ca po­si­ti­va, con­ti­nuan­do nel tempo a svol­ge­re la loro fun­zio­ne am­bien­ta­le.

Negli ul­ti­mi anni ha de­sta­to gran­de in­te­res­se una par­ti­co­la­re ap­pli­ca­zio­ne delle zeo­li­ti nella pre­pa­ra­zio­ne di sub­stra­ti ar­ti­fi­cia­li per col­tu­re fuori suolo, de­no­mi­na­te zeo­po­ni­che, ter­mi­ne usato per de­scri­ve­re la col­ti­va­zio­ne di pian­te in un suolo sin­te­ti­co com­po­sto da zeo­li­te e ver­mi­cu­li­te, in cui i nu­trien­ti ven­go­no for­ni­ti alle pian­te con un bi­lan­cia­men­to nu­tri­zio­na­le senza per­di­te io spre­chi.

Le zeo­li­ti tro­va­no inol­tre uti­liz­zo come coa­diu­van­te nella di­fe­sa della col­tu­ra, me­dian­te tre mo­da­li­tà di azio­ne:

  • pro­du­ce un’a­zio­ne di­si­dra­tan­te sulla su­per­fi­cie di fo­glie e frut­ti, im­pe­den­do l’in­stau­rar­si di un mi­cro­cli­ma ido­neo allo svi­lup­po di pa­to­ge­ni fun­gi­ni;
  • la pre­sen­za del ma­te­ria­le svol­ge una di­scre­ta azio­ne di pro­te­zio­ne verso gli in­set­ti, for­nen­do bar­rie­ra pro­tet­ti­va ad azio­ne mec­ca­ni­ca sulle fo­glie e sui frut­ti;
  • una azio­ne cor­ro­bo­ran­te (ov­ve­ro sti­mo­lan­te/po­ten­zia­to­re delle di­fe­se delle pian­te) do­vu­ta alla strut­tu­ra cri­stal­li­na ben de­fi­ni­ta con un re­ti­co­lo anio­ni­co che ge­ne­ra par­ti­co­la­ri campi elet­tri­ci in grado di sti­mo­la­re le di­fe­se im­mu­ni­ta­rie e fa­vo­ren­do la ci­ca­triz­za­zio­ne delle le­sio­ni sui rami, frut­ti e fo­glie, cau­sa­te da fat­to­ri bio­ti­ci ed abio­ti­ci.

Altro set­to­re pri­ma­rio che trae van­tag­gio dalle zeo­li­ti è l’ac­qua­col­tu­ra. Uti­liz­za­te con buoni ri­sul­ta­ti per ri­muo­ve­re l’am­mo­nio che i pesci pro­du­co­no con la loro at­ti­vi­tà fi­sio­lo­gi­ca, ma che ne com­pro­met­te le fun­zio­ni vi­ta­li. In al­cu­ni im­pian­ti pi­lo­ta, la de­pu­ra­zio­ne viene ese­gui­ta con uno scam­bio in co­lon­na in modo tale che il ciclo di fun­zio­na­men­to del vi­va­io non su­bi­sca even­tua­li ral­len­ta­men­ti. La co­lon­na, in ge­ne­re di tufo cli­nop­ti­lo­li­ti­co, scam­bia i suoi ca­tio­ni con lo ione am­mo­nio, ri­ge­ne­ran­do così l’ac­qua senza che que­sta debba es­se­re cam­bia­ta in con­ti­nua­zio­ne, e quin­di anche con dei van­tag­gi eco­no­mi­ci.

E’ poi in­te­res­sa­to il set­to­re zoo­tec­ni­co, sia per l’a­li­men­ta­zio­ne che la ge­stio­ne degli ef­fluen­ti.

Per quan­to con­cer­ne l’a­li­men­ta­zio­ne, nu­me­ro­si studi con­dot­ti in vari paesi, hanno di­mo­stra­to i be­ne­fi­ci fi­sio­lo­gi­ci delle zeo­li­ti, na­tu­ra­li sugli ani­ma­li. Con l’ag­giun­ta di basse per­cen­tua­li (5-6 %) di zeo­li­te, come in­te­gra­to­re mi­ne­ra­le, alla ra­zio­ne viene re­gi­stra­to un in­cre­men­to di peso ed una di­mi­nu­zio­ne del­l’in­ci­den­za di ma­lat­tie ed af­fe­zio­ni varie. In par­ti­co­la­re è stato mo­stra­to che: la cli­nop­ti­lo­li­te ri­du­ce la tos­si­ci­tà del­l’am­mo­nio e del­l’u­rea negli ani­ma­li as­sor­ben­do le com­pen­ti vo­la­ti­li azo­ta­te.

Inol­tre, le zeo­li­ti pos­so­no tro­va­re im­pie­go nella ge­stio­ne degli ef­fluen­ti, me­dian­te “bagno” nei li­qua­mi con pos­si­bi­li­tà di ca­ri­ca­re le fra­zio­ni or­ga­ni­che azo­ta­te per poi es­se­re di­stri­bui­te sul ter­re­no. Que­sto con­sen­te una ri­dot­ta varca in­qui­na­ne delle deie­zio­ni ani­ma­li re­si­due dopo il trat­ta­men­to con zeo­li­ti e, nel con­tem­po, la rea­liz­za­zio­ne di un con­ci­me azo­ta­to a lento ri­la­scio.

Gli ef­fet­ti fi­sio­lo­gi­ci delle zeo­li­ti na­tu­ra­li sono in re­la­zio­ne con la loro alta ca­pa­ci­tà di scam­bio e l’e­le­va­ta se­let­ti­vi­tà mo­stra­ta per le spe­cie quali NH4+, Pb2+, Cd2+, Cu2+, Cs+ ed altri ca­tio­ni che pos­so­no es­se­re ac­cu­mu­la­ti nei tes­su­ti ani­ma­li.

Zeo­li­ti nella ri­mo­zio­ne di in­qui­nan­ti da acque di sca­ri­co

Negli ul­ti­mi de­cen­ni, col cre­sce­re della co­scien­za eco­lo­gi­ca e con l’in­nal­za­men­to delle so­glie di at­ten­zio­ne am­bien­ta­le, per quan­to at­tie­ne le con­cen­tra­zio­ni degli in­qui­nan­ti nelle acque di sca­ri­co, molte delle tec­ni­che di de­pu­ra­zio­ne con­ven­zio­na­li sono ri­sul­ta­te non più adat­te. Da qui la ne­ces­si­tà di stu­dia­re e met­te­re a punto pro­ces­si spe­ci­fi­ci più ef­fi­ca­ci. Tra que­sti nuovi pro­ces­si, lo scam­bio ca­tio­ni­co con zeo­li­ti per l’ab­bat­ti­men­to di ca­tio­ni in­qui­nan­ti pre­sen­ti nelle acque ha as­sun­to negli ul­ti­mi anni un ruolo di ri­lie­vo.

Negli anni ’50 sono ini­zia­ti gli studi sulle pro­prie­tà di scam­bio ca­tio­ni­co delle zeo­li­ti (Co­lel­la, 1996) che hanno poi con­dot­to ad al­cu­ne ap­pli­ca­zio­ni pra­ti­che di tali mi­ne­ra­li nel campo della tu­te­la am­bien­ta­le. Le zeo­li­ti, con la loro strut­tu­ra cri­stal­li­na ben de­fi­ni­ta con un re­ti­co­lo anio­ni­co che ge­ne­ra par­ti­co­la­ri campi elet­tri­ci, sono in grado di in­te­ra­gi­re con di­ver­se ti­po­lo­gie di ca­tio­ni. Da cui la pos­si­bi­li­tà di ri­mo­zio­ne di ca­tio­ni in­qui­nan­ti da re­flui.

Le at­tua­li o po­ten­zia­li ap­pli­ca­zio­ni delle zeo­li­ti come scam­bia­to­ri ca­tio­ni­ci nel campo della de­pu­ra­zio­ne delle acque ri­guar­da­no es­sen­zial­men­te:

– ri­mo­zio­ne di NH4+ da acque di sca­ri­co ur­ba­ne ed in­du­stria­li;

– ri­mo­zio­ne di me­tal­li pe­san­ti da acque di sca­ri­co in­du­stria­li;

– ri­mo­zio­ne di ra­dio­nu­cli­di da acque di sca­ri­co di cen­tra­li nu­clea­ri.

 

Zeo­li­ti nei de­ter­gen­ti

Le zeo­li­ti hanno, da circa ven­t’an­ni, so­sti­tui­to, nella com­po­si­zio­ne dei de­ter­gen­ti i po­li­fo­sfa­ti (es­sen­zial­men­te il tri­po­li­fo­sfa­to di sodio) ri­te­nu­ti re­spon­sa­bi­li di un ele­va­to  de­gra­do am­bien­ta­le, ed in par­ti­co­la­re del fe­no­me­no che va sotto il nome di eu­tro­fiz­za­zio­ne. Tale fe­no­me­no pro­du­ce una cre­sci­ta ab­nor­me di alghe in am­bien­ti la­cu­stri e ma­ri­ni, che pro­vo­ca­no una ri­du­zio­ne del ri­cam­bio di os­si­ge­no nel­l’ac­qua e la con­se­guen­te morte della fauna ma­ri­na.

La fun­zio­ne dei po­li­fo­sfa­ti era quel­la di mi­glio­ra­re l’ef­fi­ca­cia del de­ter­si­vo ri­muo­ven­do i ca­tio­ni Ca 2+ e Mg 2+ dal­l’ac­qua di la­vag­gio, per pre­ve­nir­ne la pre­ci­pi­ta­zio­ne ad opera dei ten­sioat­ti­vi, e quin­di l’u­su­ra delle parti mec­ca­ni­che delle la­va­tri­ci.

L’uso delle zeo­li­ti fu sug­ge­ri­to negli anni ’70, dopo che nu­me­ro­si studi ne ave­va­no di­mo­stra­to sia la va­li­di­tà nel rad­dol­ci­re l’ac­qua in fase di la­vag­gio, sia la non tos­si­ci­tà per la sa­lu­te del­l’uo­mo e per l’am­bien­te in ge­ne­ra­le.

 

Zeo­li­ti e be­nes­se­re della per­so­na

In al­cu­ne cir­co­stan­ze, con spe­ci­fi­ci obiet­ti­vi, è pos­si­bi­le at­ti­va­re la zeo­li­te (il caso più dif­fu­so sem­bra quel­lo della Cli­nop­ti­lo­li­te, in virtù della sua forte ca­pa­ci­tà di scam­bio ca­tio­ni­co. Ciò rende la zeo­li­te un di­spo­si­ti­vo me­di­co con fun­zio­ni adiu­van­ti in al­cu­ne te­ra­pie o come na so­stan­za sia de­tos­si­fi­can­te che an­ti­os­si­dan­te.

Per at­ti­va­zio­ne si in­ten­de l’ap­pli­ca­zio­ne di un pro­ce­di­men­to volto a in­cre­men­tar­ne la po­ro­si­tà o di au­men­tar­ne la su­per­fi­cie at­tra­ver­so la di­mi­nu­zio­ne delle di­men­sio­ni delle par­ti­cel­le.

Ciò con­sen­te di avere a di­spo­si­zio­ne un mag­gior nu­me­ro di ca­na­li ca­pa­ci di le­ga­re le so­stan­ze tos­si­che. Il ri­sul­ta­to è l’au­men­to del nu­me­ro di par­ti­cel­le con di­men­sio­ni ri­dot­te, un in­cre­men­to della loro su­per­fi­cie ed un’at­ti­va­zio­ne strut­tu­ra­le che con­sen­te loro di le­ga­re più ve­lo­ce­men­te e più sta­bil­men­te tos­si­ne, ra­di­ca­li e me­tal­li, in­cre­men­tan­do­ne l’at­ti­vi­tà. In­fat­ti, par­ten­do da una di­men­sio­ne di circa 3 m2/g di zeo­li­te, dopo l’at­ti­va­zio­ne si rag­giun­go­no per­si­no i 1000 m2/g.

Le ca­rat­te­ri­sti­che pe­cu­lia­ri della zeo­li­te cli­nop­ti­lo­li­te at­ti­va­ta sono co­sti­tui­te dalla ca­pa­ci­tà di le­ga­re, a li­vel­lo in­te­sti­na­le, ra­di­ca­li li­be­ri, me­tal­li pe­san­ti, ione am­mo­nio e tos­si­ne, al­lon­ta­nan­do­le dal­l’or­ga­ni­smo, at­ti­vi­tà de­scrit­te nella de­fi­ni­zio­ne sti­la­ta dal No­men­cla­to­re Eu­ro­peo dei di­spo­si­ti­vi me­di­ci.

Ma­te­ria­li di si­li­ce na­tu­ra­li, com­pre­si la zeo­li­te cli­nop­ti­lo­ti­te, ri­ve­la­no mol­te­pli­ci at­ti­vi­tà bio­lo­g­i­che, e sono già im­pie­ga­te con suc­ces­so come adiu­van­te in di­ver­se te­ra­pie por­ta­to ad un mi­glio­ra­men­to dello stato di sa­lu­te ge­ne­ra­le.

Ta­bel­la 1: Ca­pa­ci­tà di scam­bio ca­tio­ni­co di di­ver­si tipi di zeo­li­ti

scambio cationico zeoliti

Bi­blio­gra­fia e si­to­gra­fia:

Ana­cle­lio S. Pro­du­zio­ne di ce­ra­mi­ci avan­za­ti con tec­no­lo­gie non con­ven­zio­na­li. dot­to­ra­to di ri­cer­ca in in­ge­gne­ria dei ma­te­ria­li e delle strut­tu­re. Tesi di Dot­to­ra­to in in­ge­gne­ria dei ma­te­ria­li e delle strut­tu­re. Uni­ver­sitá degli Studi di Na­po­li Fe­de­ri­co II. Fa­col­tà di In­ge­gne­ria.12/11/2009

http://​www.​agr​ibio​noti​zie.​it/​la-​zeolite/

https://​www.​chimicamo.​org/​chimica-​generale/​zeoliti.​html

http://​www.​chimdocet.​it/​solido/​file11c.​htm

 

Do­na­to Fer­ruc­ci, Dot­to­re agro­no­mo li­be­ro pro­fes­sio­ni­sta, ri­ve­ste at­tual­men­te l’in­ca­ri­co di Re­spon­sa­bi­le di Bioa­gr­i­cert Lazio e di Cul­to­re della ma­te­ria pres­so la cat­te­dra di Ge­stio­ne e Co­mu­ni­ca­zio­ne d’Im­pre­sa” – Fa­col­tà di Scien­ze della Co­mu­ni­ca­zio­ne, Uni­ver­si­tà degli Studi della Tu­scia. E-mail: do­na­to­fer­ruc­ci@​alice.​it

image_pdfimage_print

Con­di­vi­di l'ar­ti­co­lo
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •