پروژه استفاده از زئولیت در صنعت پرورش طیور

گزارش نهایی پروژه کارشناسی در رشته

تکنولوژی پرورش طیور

چکیده:

استفاده از زئولیت طبیعی یعنی کلینوپتیلولیت به عنوان مکمل غذایی دام و طیور مرسوم است .

در ماکیان سبب کاهش سولفید هیدروژن و آمونیاک و رطوبت فضولات می گردد باعث کاهش غوارض سموم قارچی خصوصا افلاتوکسین ها در جیره طیورو نیز موجب استحکام پوسته در مرغان تخم گذار با اثر بر روی جذب کلیسم و فسفر می گردد و نیز باعث کنترل ویسکوزیته محتویات روده و خالص سازی گاز متان به طریق هضم غیر هوازی فضولات وکاهش عوارض تنفسی می شود .

خلاصه:

زئولیت در فیلتر مولکولی، کنترل آلودگی، تولید اکسیژن، تصفیه گاز، ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، مصارف کشاورزی و ... مورد مصرف دارد.

ساختار منظم و فضاهای با ابعاد مولکولی زئولیت، جایگیری و جدا شدن اتم‌هایی با قطر کوچکتر را در خود آسان کرده است. خواصی مانند ظرفیت تبادل یون کاتیونی و قدرت تبادل کاتیون‌های اصلی، جذب آب بدون ایجاد هیچ تغییر فیزیکی و شیمیایی در زئولیت و خاصیت جذب اتم‌های مولکول‌های گازی دارد.

از مشکلات مهم سالنهای مرغداری وجود بوی نامطلوب، گازهای سمی و رطوبت بستر می‌باشد. با اضافه کردن زئولیت[1] به بستر می‌توان میزان بو و رطوبت بستر را کاهش داد. زئولیت به واسطه داشتن قابلیت بسیار زیاد جذب آمونیوم و آب و لغزنده نشدن، ماده‌ای مناسب در این زمینه می‌باشد. از طرفی بعلت مصرف این ماده از طرف جوجه‌ها از طریق بستر، موجب جذب اوره در دستگاه گوارش و کاهش رطوبت مدفوع می‌گردد

زئولیت

زئولیت در فیلتر مولکولی، کنترل آلودگی، تولید اکسیژن، تصفیه گاز، ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، مصارف کشاورزی و ... مورد مصرف دارد.

ساختار منظم و فضاهای با ابعاد مولکولی زئولیت، جایگیری و جدا شدن اتم‌هایی با قطر کوچکتر را در خود آسان کرده است. خواصی مانند ظرفیت تبادل یون کاتیونی و قدرت تبادل کاتیون‌های اصلی، جذب آب بدون ایجاد هیچ تغییر فیزیکی و شیمیایی در زئولیت و خاصیت جذب اتم‌های مولکول‌های گازی دارد.

تبادل کاتیون

این خاصیت به یون‌های با اتصال ضعیف در زئولیت مربوط است که به آسانی با یون‌های دیگر جابجا می‌شوند. زئولیت‌های مختلف از نظر تبادل کاتیونی برای کاتیون‌های مختلف یک‌سری ترتیب شخصی دارند.

در کلینوپتیولیت، جانشینی از Cs به سوی Mg کاهش می‌یابد:

Li

در شابازیت، جانشینی از K به سوی Ca کاهش می‌یابد:

Li

زئولیت برای جداسازی یون‌های منیزیم و کلسیم در پاک‌کننده‌ها، کود و خاک، غذای حیوانات بکار می‌رود. همچنین برای جداسازی نیتروژن به صورت آمونیاک و فلزات سنگین در کشاورزی آبی، غذای حیوانات خانگی، فاضلاب کشاورزی و ... همچنین برای جداسازی NH3,H2S,SO2,CO2 از فضولات جانوری، گازهای زائد، گاز طبیعی شور و آلوده.

فیلتر (غربال) مولکولی

چنانچه زئولیت‌ها در دمای 350 تا 400 درجه سانتیگراد برای چند ساعت حرارت داده شوند، آب موجود در مجاری و فضای کانال مانند آنها آزاد می‌شود و زئولیت‌های بی‌آب بدست می‌آیند. قطر فضاهای کانال مانند، مشخص و تابع ترکیب شیمیایی زئولیت‌ها است. قطر این فضاها در زئولیت‌های پتاسیم‌دار، سدیم‌دار و کلسیم‌دار به ترتیب 3، 4 و 5 آنگستروم است.

موادی که ابعاد مولکولی آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد، جذب می‌شوند و آنهایی که بزرگتر هستند، دفع خواهند شد.

به عنوان مثال، زئولیتی که قطر کانال آن 5/4 آنگستروم است می‌تواند هیدروکربوری مانند اکتان و پنتان را که قطر آنها حدود 3/4 آنگستروم است، جذب کند و هیدروکربورهای ایزواکتان و ایزوپنتان را که قطر آن 5 آنگستروم است، جذب نکند.

با استفاده از زئولیت‌ها می‌توان این مواد هیدروکربوری را از یکدیگر جدا کرد.

قابلیت جذب سطحی بعضی از زئولیت‌ها تا 30 درصد وزن آنها است. جانشینی کلسیم به جای سدیم به میزان 30 درصد قطر کانال‌های زئولیت را افزایش می‌دهد و جانشینی پتاسیم به جای سدیم موجب کاهش قطر کانال می‌شود.

زئولیت‌ها می‌توانند مواد سمی یا مواد با فعل و انفعال زیاد را در خود جذب کنند و به این ترتیب استفاده از مواد سمی جذب شده امکان‌پذیر گشته است. از زئولیت‌ها در پلیمریزه کردن پلیمرها و لاستیک‌ها و همچنین در چاپ‌های رنگی استفاده می‌شود.

از آنجا که ریز منفذهای زئولیت یکنواخت هستند، از آن می‌توان برای غربال کردن مولکولی براساس اندازه استفاده کرد. همه زئولیت‌ها غربال‌های مولکولی هستند ولی همه غربال‌های مولکولی، زئولیت نیستند. زئولیت‌هایی مانند مورد نایت می‌توانند به عنوان غربال مولکول‌های گازی عمل کنند و گازهایی مانند آمونیاک سولفید هیدروژن، منواکسید کربن و دی‌اکسید کربن، دی‌اکسید گوگرد، بخار آب، اکسیژن، نیتروژن و فرمالدهید را جدا کنند که از این خاصیت در صنایع مختلف از جمله مهندسی شیمی، تصفیه آب و هوا و ...

زئولیتی مانند کلینوپتیلولیت می‌تواند به عنوان ماده‌ای برای رهاسازی آهسته مواد عمل کند تا میزان عرضه در کودهای پرفشار آمونیاکی کاهش دهد، چرا که عرضه زیاد این کودها می‌تواند برای محصولات کشاورزی سمی بوده و ریشه آنها را بسوزاند. از طرف دیگر هدر رفتن آن را در اثر زهکشی آب باران کم می‌‌کند.

جاذب و دافع

کانال‌های زئولیت پس از تخلیه آب، برای جذب سایر مولکول‌های کوچک آماده می‌شوند. این مولکول‌های کوچک، بی‌آنکه راهی برای مولکول‌های بزرگتر وجود داشته باشد، به سوی داخل جذب می‌شوند. در روند رقابت در جذب مولکول‌ها، مولکول‌های پلاریزه که نتیجه فعل و انفعالات الکترواستاتیک، پر شدن چارچوب و یون‌های شناور است، بر سایر مولکول‌ها ترجیح داده می‌شود. اندازه حفره‌های مؤثر توسط ابعاد شبکه کنترل می‌شود. یک زئولیت ممکن است توسط تبادل یونی و نوع جذب تغییر کند. قابلیت انتخاب یک یا چند نوع از مخلوط‌های مایع و یا گازی را نسبت به سایر انواع، الک کردن یا غربال کردن مولکولی می‌نامند.

ظرفیت جذب و همچنین ثبات زئولیت، با استخراج یون آلومینیوم از چارچوب آن افزایش می‌یابد. یون آلومینیوم خارج شده از این چارچوب جای خود را به یون‌های هیدروژن می‌دهد.

در نتیجه، ساختمان بدست آمده شبیه (OH4 جایگزین شده برای SiO4 است که در هیدروگارنت شناخته شده است.

یون‌های جذب شده را می‌توان با افزایش فشار یا حرارت بیرون کرد یا یون‌های دیگر را جانشین آن کرد یا به آن افزود تا جایی که در اثر حرارت، تخریبی در این فعل و انفعال بوجود نیاید. چرخه جذب و دفع ممکن است تکرار شود، تا یکی از محتویات از جریان عملیات خارج شود. بیشتر زئولیت‌ها برای خشک کردن گاز طبیعی و خروج CO2 , H2O و سایر ترکیبات سولفوری استفاده می‌شوند. آنها نسبت به سایر خشک کننده‌ها در برابر انسداد پایدارترند، زیرا می‌‌توان آنها را با حفره‌های بسیار کوچک انتخاب کرد. در نتیجه عناصر بزرگ و یا آنهایی که به آسانی پلیمریزه می‌شوند، نمی‌توانند به سادگی داخل شوند و سطح خشک کن را مسدود کنند. شابازیت برای خشک کردن کلر و هالیدهای کربن مناسب است.

زئولیت‌های طبیعی خواصی بسیاری در غنی کردن اکسیژن دارند. با انتخاب زئولیت مناسب می‌‌توان بسیاری از گازهای غیرمتراکم را جدا کرد. به دلیل توانایی زئولیت‌ها در بیرون کردن هیدروکربن براساس اندازه مولکولی‌شان، در صنایع پتروشیمی استفاده می‌شوند.

اگرچه در عملیات پتروشیمی از زئولیت‌های مصنوعی استفاده می‌شود، زئولیت‌های طبیعی نیز توانایی انتخاب همسان درباره هیدروکربن‌های معمولی را دارند.

اریونیت و شابازیت، پارافین‌های کم وزن را جذب می‌کنند ولی ایزوپارافین‌ها را جذب نمی‌کنند. موردنیت‌های کاتیون از دست داده، مولکول‌های بزرگ هیدروکربن را جذب می‌کنند. شابازیت نیز در جدا نمودن ترکیبات الکل‌ها، آلدئیدها، استون‌ها و سایر ترکیبات آلی از مخلوط‌ها استفاده می‌شوند. به خاطر سطح جانبی زیاد زئولیت‌ها، می‌توان از آنها در ذخیره‌سازی و حمل و نقل گازهایی نظیر متان که در ویژگی مایع شدن دچار اشکال هستند، استفاده کرد.

از زئولیت‌ها همچنین می‌توان در بیرون ساختن بخارهای غیرآلی استفاده کرد.

زئولیت‌های مبادله کننده، بویژه شابازیت و ژملنیت، جیوه و نقره را جذب می‌کنند.

زئولیت‌ها همچنین جذب کننده سولفورها و فسفرها هستند. S2C را نیز می‌توان با استفاده از اریونیت‌هایی که تبادل یونی داشته‌اند از محلول بنزن جدا کرد.

زمانی‌که گاز سرد و خشک باشد می‌توان از شابازیت در خارج ساختن SO2 از جریان گازی استفاده کرد. همچنین شابازیت، موردنیت و اریونیت در جذب و دفع اکسید نیتروژن با نسبت نامتعادل مؤثر هستند.

شابازیت‌هایی که با کلسیم مبادله یونی انجام داده‌اند نیز، به ویژه در جذب CO2، سودمندند. زئولیت‌ها از توانایی قابل توجه در کپسوله کردن گازها برخوردار هستند. در دماهای بالا، روزنه‌ها و کانال‌های زئولیت گسترده‌تر می‌شود و به این ترتیب مولکول‌ها اجازه ورود می‌یابند. محتویات محصور شده را می‌‌توان با چگالی زیاد برای مدت زمان طولانی نگهداری و با گرم کردن دوباره آن را خارج کرد. در زیر فشار کم، زئولیت‌ها در بیرون راندن مقادیر بسیار جزئی گازهای باقیمانده و دست‌یابی به خلاء قابل استفاده‌اند. در جدا کردن ایزوتوپ‌ها نیز می‌توان از زئولیت‌ها استفاده کرد. جذب اکسید دوتریم توسط شابازیت و سایر زئولیت‌های طبیعی، به عنوان راهی برای غنی کردن آب سنگین معرفی شده است.

موردنیت برای تغلیظ لیتیم استفاده می‌شود.

خاصیت جذب آب و جذب یونی

قدرت جذب آب زئولیت و از دست دادن آن بدون تخریب ماتریکس می‌تواند سطح رطوبت را در مناطق کم رطوبت کنترل کند (خشک کردن گاز طبیعی، حمل کننده، حشره‌کش، آفت‌کش، ضدقارچ، ذخیره انرژی گرمایی آب.

جذب کننده انتخابی

جذب و جانشینی یونی در زئولیت‌ها انتخابی است. زئولیت‌ها مولکول‌هایی را که دارای گشتاور قطبی دائمی باشند، در بیشتر موارد جذب می‌کنند. شعاع و شکل هندسی مولکول و فضاهای خالی موجود در زئولیت‌ها از عامل‌های مهم در جذب و جانشینی به شمار می‌آیند. زئولیت‌های سدیم‌دار می‌‌توانند SO2 , CO2 , H2O و هیدروکربن‌هایی را که دست‌کم دو اتم کربن داشته باشند، جذب کنند. زئولیت‌های کلسیم‌دار می‌توانند پارافین و الکل را جذب کنند.

پرکننده و ساخت‌ساز

زئولیت بی‌اثر و سفید است و می‌‌تواند به عنوان پرکننده در کاغذ استفاده شود، سایندگی متوسط، سبک وزن بودن و دارا بودن خواص پوزلان می‌توان از آن برای کاربری‌های مشابه استفاده کرد.

کاتالیست

امروزه بیشتر کاتالیست‌ها از زئولیت‌ها ساخته می‌شود. موردنیت، شابازیت و آفریت نیز استفاده‌های زیادی در کراکینگ[1] دارند. اریونیت‌هایی که یون‌های آنها با یون‌های فلزی در نوع IIB مبادله شده باشد، بهترین کاتالیست‌ها برای بیرون کردن گوگرد از نفتان و بالابردن اکتان به شمار می‌رود.

سایر فعل و انفعالات یون‌های کربونیم زئولیت‌ها، در این موارد هیدروکراکینگ[2]، ایزومریزکننده آلکالن و پلیمریزه کننده هستند. با شناخت خواص کاتالیزوری زئولیت‌ها، پژوهشگران علوم مختلف شیمی و پتروشیمی واکنش‌هایی پرشمار را به کمک آنها انجام داده‌اند. با استفاده از خاصیت یونیزه کنندگی قوی زئولیت‌ها توانسته‌اند تجزیه چرخه‌ای ترموشیمیایی دو مرحله‌ای آب را به خوبی انجام دهند. همچنین زئولیت‌ها می‌‌توانند واکنش‌ انتقال الکترون میان مولکول‌ها را آسان کنند و کاتیون‌های چند ظرفیتی موجود در شبکه خود را به کمک مولکول‌های جذب شده احیاء کنند. یکی از شناخته شده‌ترین زئولیت‌ها در زمینه کاتالیست کردن واکنش‌ها، زئولیت غنی از سیلیس ZSM-5 است که تاکنون در واکنش‌های متعدد آلی و معدنی به عنوان کاتالیزور استفاده شده است.

اثر پیشگیری کننده از سندرم اسهال

مطالعات منتشر شده بسیاری وجود دارد که نشان می‌دهند استفاده از زئولیت‌های طبیعی در جیره، بروز، شدت و مدت اسهال را در گوساله‌ها و خوکها کاهش می‌دهد. مکانیسم دقیق این اثر تاکنون به درستی شناخته نشده است، البته مدارکی وجود دارد که استفاده از زئولیت‌ها موجب حذف عوامل متعددی که مستعد کننده و مسبب ناراحتی‌های گوارشی هستند می‌شوند.

مسمومیت با فلزات سنگین و جذب عناصر رادیواکتیو

زئولیت‌ها به دلیل ظرفیت تبادل یونی بالایی که دارند به طور مؤثری برای پیشگیری از مسمومیت با فلزات سنگین در حیوانات بکار می‌روند. پوند و همکاران (1983) دریافتند که افزودن کلینوپتیلولیت به جیره موشهای صحرایی آنها را در برابر سمیت سرب محافظت می‌کند هنگامی‌که نسبت کلینوپتیلولیت به سرب 10 به 1 باشد.

کاهش بروز عفونت‌های انگلی

با توجه به نتایج آزمایشات انجام شده برروی موشهای صحرایی و قابلیت تاثیرگذاری زئولیت‌ها بر عفونتهای انگلی، استفاده از آنها در سایر گونه‌های حیوانی نیز مورد بررسی قرار گرفت. مطابق یافته‌های ولز و مک‌هاو (1983) استفاده از کلینوپتیلولیت به میزان 10 درصد در جیره موشهای صحرایی درگیر شده با نماتد Nippostrongylus brasiliensis حذف انگل‌ها از روده را تسریع می‌نماید.

بنابراین ولز وکیلداف (1985) بازگشت سریعتر فعالیت‌ آنزیمهای آلفا دی‌گلوکوسیداز و آمینوپپتیداز روده را در موشهایی که با جیره حاوی 5 درصد کیلینوپتیلولیت تغذیه شده بودند و از عفونت N.brasiliensis رهایی یافته بودند مشاهده کردند.

امکان اثرات متقابل با داروها

در واقع خاصیت جذب غیراختصاصی و ظرفیت تبادل کاتیونی زئولیت‌ها می‌تواند موجب خطراتی در ارتباط با قابلیت دسترسی داروهای مورد استفاده در برنامه‌های دارویی مزرعه که جهت افزایش عملکرد و حفظ وضعیت سلامت حیوانات انجام می‌شود گردد. رودریگز فونتز و همکاران (1997) قابلیت ایجاد اختلال یک زئولیت طبیعی را بر اثر ضد باکتریایی تتراسایکلین و کلرآمفیکول که در مقادیر حداقل پیشگیری کننده استفاده شده بودند مورد مطالعه قرار دادند.