Zeolith-FAQ

Es gibt einige Fragen, die mir immer wieder gestellt werden. Anlass genug, ein paar davon (in anonymisierter und gekürzter) Form hier zu beantworten.

Frage: Welcher Zeolith wird für die selbstkühlenden Bierfässer (z. B von Tucher) verwendet? Wo kann ich diesen Zeolithen auch in kleinen Mengen kaufen?

Antwort: Es eignet sich jedweder hydrophile synthetische Zeolith, etwa 3A (wie in Isolierglasfenstern), 4A, oder 13X. Letzterer ist am besten geeignet, weil er sich am einfachsten wieder regenerieren lässt. In kleinen Mengen kann man ihn nur beim Laborfachhandel kaufen. Dort ist er zur Lösemittel-Feintrocknung im Sortiment. Die Händler, die die technischen Kunden bedienen, denken in Tonnen. Zwischen 1 kg und 1 to klafft leider eine bedauerliche Lücke.

Frage: Auf Youtube habe ich ein Video über Zeolith und Bier gesehen. Nun würde ich gerne das Experiment nachstellen. Können Sie mir sagen welches Art Zeolith verwendet wurde? Sat 1 konnte mir nicht helfen und ich hatte ein paar natürliche Zeolithe ausprobiert, konnte aber den exothermen Effekt wie im Video nicht erreichen. Was mache ich falsch?

Antwort: Was Sie falsch gemacht haben: Wenn der Zeolith längere Zeit (mehr als 1 – 2 h) in Kontakt mit der Außenluft war, dann ist die Luftfeuchte bereits ins Porensystem eingedrungen und es gibt keine Wärmeentwicklung mehr. Der Zeolith muss thermisch aktiviert werden (vollständige Aktivierung bei 300 °C im Ölpumpenvakuum, aber 250 °C im Backofen, mehrere Stunden lang, bringen auch schon was) und dann unter Luftabschluss abkühlen. Der Zeolith aus dem Versuch war kurz vorher aus dem Originalgebinde in den Rundkolben gefüllt worden. Die Hersteller liefern Zeolith in aktiviertem Zustand aus.

Naturzeolith wird meist als Wasserfilter oder Bodenzusatz verkauft und ist naturgemäß nicht aktiviert (und man findet ihn auch nicht in „erstarrter Lava“). Man kann ihn zwar aktivieren, bekommt aber nur geringe Wärmeentwicklung, etwa 1/5 dessen, was synthetischer Zeolith bringt, je nach Qualität des Materials. Für die Adsorptionstechnik ist Naturzeolith ein eher minderwertiges Material. Im Film wurde synthetischer 4A oder 13 X verwendet.

Frage: Diese Anfrage erreicht Sie aus Mexico. Wir beginnen hier mit dem Einsatz von Zeolithen bei der Abwasserbehandlung der städtischen Müllanlage. Dass die Zeolithe fast alle Schwermetallbelastungen des Abwassers binden scheint fast keine Frage zu sein. Weitaus wichtiger scheint uns die Frage: Wenn die Zeolithe keine weiteren Metalle mehr aufnehmen können, dann kann ich sie zwar in einer Kochsalzlösung wieder reinigen, aber was geschieht mit den Schwermetallen, die in den Zeolithen gebunden waren? Werden diese wieder frei gesetzt, oder sind diese ab sofort „unschädlich“?

Antwort: Ich gehe davon aus, dass Sie die Schwermetallfiltration mit Ihrem individuellen Zeolithen und dem Abwasser im Labor geprüft haben, denn es stimmt bei weitem nicht, dass Zeolithe alle Schwermetalle aus wässrigen Lösungen rausholen: Das wäre ein folgenschwerer Trugschluss.

Wenn Sie z. B. Sickerwasser aus einer Hausmülldeponie haben, liegen dort u. U. sehr viele Komplexbildner vor, von EDTA aus Haushaltschemikalien bis hin zu Proteinen aus dem Abfall. Derart gebundene Schwermetalle werden nicht in Zeolithen adsorbiert, sondern erst dann aus ihren Komplexen freigesetzt, wenn (manchmal erst nach Jahren) der organische Komplexbildner zerfallen ist.

Andere Schwermetalle (z. B. Mangan und Chrom in höheren Oxidationsstufen) liegen in wässriger Lösung als Anionen von Sauerstoffsäuren vor, also als CrO₄^2- Chromat oder MnO₃^– Manganat, manche (Kupfer) auch als Hydroxykomplexe. Weil sie in der Form „falsch“ aufgeladen sind (also negativ und nicht positiv), werden sie nicht ausgetauscht. Und für manche Metallionen hat Zeolith einfach keine besondere Affinität (etwa Thallium).

Außerdem haben Sie meist deutlich mehr Natrium und Calcium im Wasser als Schwermetalle (um mehrere Größenordnungen), die somit aus dem Zeolithen verdrängt werden.

Also, ich denke, Sie haben es ausprobiert und die Filtrate waren in Ordnung. Zu Ihrer Frage: Wenn Sie die Zeolithe mit Kochsalzlösung regenerieren, liegen Ihnen die Schwermetalle als Chloride (löslich oder unlöslich) oder als Chlorokomplexe in der Regenerationsflüssigkeit (dem sogenannten Eluat) vor. Der Vorteil gegenüber dem Ausgangszustand ist nur, dass die Schwermetalle jetzt in höherer Konzentration – und somit einfacher zu entsorgen – vorliegen. Sie könnten beispielsweise das Eluat verdünnen und die Schwermetalle mit Sulfid ausfällen, oder was Sie sonst für Möglichkeiten vor Ort haben. Vor selbst werden diese Metallionen aber sicher nicht „unschädlich“.

Frage: Kann Zeolith auch als Trennmedium bei SF₆-Gas/Luft Mischung verwendet werden? D.h. kann dem SF₆-Gas mittels Filtation über Zeolith die Luft entzogen werden?

Antwort: Das geht, und Solvay hat seit 2002 das Patent darauf (z. B. United States Patent 6454837). Zunächst wird mit einer Membrane grob vorgetrennt, und danach das SF₆ selektiv in einen hydrophoben Zeolithen adsorbiert, die kleinen Moleküle passieren den Adsorber. Es geht also „antiintuitiv“ nicht nach Größenausschluss.

Frage: Ich bin auf Ihre Präsentation gestossen und quäle mich mit einer chemischen Frage herum: Ist die Affinität eines Zeolithen zu Calzium bzw. Erdalkalien größer oder kleiner als zu Natrium bzw. Alkimetallen? Anders Gefragt, kann man mit Zeolith in einer kochsalzhaltigen Lösung effizient Calzium binden?

Antwort: Die Affinität von zweiwertigen Ionen zu Klinoptilolith oder Zeolith 4A ist tatsächlich größer als die zu einwertigen. Allerdings hat auch das Konzentrationsverhältnis in der Matrix einen Einfluss auf die Gleichgewichtslage. Aus hartem Leitungswasser kann man Ca (Grenzwert 150 mg/l) neben Natrium (Grenzwert 200 mg/l) noch mit Zeolith entfernen, wie es in Waschmitteln gemacht wird. Aus Seewasser (um 15.000 mg/l Natrium) nicht mehr.