Zeolith

Klinoptilolith-Na Foto von Christian Rewitzer CC 3

Klinoptilolith-Na
Foto von
Christian Rewitzer
CC 3

Zeolith ist ein natürlich vorkommendes, aber auch synthetisch herstellbares, aus Alumosilikaten bestehendes Gerüstsilikat. Seine Mikrokäfigstruktur in Verbindung mit den anhaftenden Alkali- und Erdalkaliionen befähigt es zu selektivem Ionenaustausch, zur Aufnahme bestimmter Moleküle (Molekularsiebfunktion) und zur Katalyse – auch bei Stoffwechselvorgängen des Menschen.

Was ist Zeolith und welche Eigenschaften hat es?

Die kristalline Substanz Zeolith bildet eine Untergruppe der sogenannten Gerüstsilikate und besteht hauptsächlich aus Alumosilikaten. Die Gerüststruktur wird aus AlO4– und SiO4-Dreieckspyramiden (Tetraedern) gebildet. Charakteristisch für die Gerüststruktur der Zeolithe ist ihre negative Ladung (anionische Gerüstladung), so dass in der Regel Alkali- und Erdalkali-Kationen wie Na+, K+, Ca++ und Mg++ anhaften, aber im Bedarfsfall gegen andere Kationen leicht austauschbar sind. Deshalb sind Zeolithe sehr gut als Ionentauscher geeignet.

Aufgrund der regelmäßigen Tetraeder-Gerüststruktur enthalten Zeolithe eine unzählige Menge von Hohlräumen und Kanälen in molekularer, aber definierter, Größenordnung. Je nach Größe werden die winzigen Hohlräume als Mikro- oder Mesoporen bezeichnet. Die Feinstruktur bewirkt, dass Zeolithe pro Gewichtseinheit über eine riesige innere Oberfläche von weitaus mehr als 1.000 m2/g verfügen. Wegen ihrer feinporigen Struktur im molekularen Bereich sind Zeolithe als sogenannte Molekularsiebe geeignet, die z. B. Moleküle, die kleiner als ihre Porenöffnungen sind, „gefangen nehmen“ können und die Fähigkeit besitzen, bestimmte Stoffe aus einem flüssigen oder gasförmigen Gemisch heraus zu filtern. Zeolithe eignen sich daher als „Molekularsieb“, als Katalysator für bestimmte chemische Umsetzungsprozesse und als selektiver Ionentauscher, was seine Eignung als Wasserenthärtungsmittel erklärt.

Zeolithe können bis zu 40 Prozent des Trockengewichtes an Wasser enthalten, das durch Erhitzen reversibel entfernt werden kann. Die Minerale behalten trotz Erhitzen ihre Gerüststruktur und ihre physikalisch-chemischen und ihre hygroskopischen Eigenschaften. Dehydrierte Zeolithe werden daher auch als Trocknungsmittel verwendet, das durch anschließendes Dehydrieren wieder verwendbar ist.

Für Anwendungsbereiche, in denen die nutzbare innere Mikroporenstruktur des Zeolith eine wichtige Rolle spielt, kann durch eine Mikropulverisierung des Minerals die innere Oberflächenstruktur bestmöglich nutzbar gemacht werden. Da die Zerkleinerung im Mikrobereich nicht allein durch mechanisches Mahlen erreicht werden kann, wurde die sogenannte tribomechanische Aktivierung (TMA) entwickelt. Die vorgemahlenen Partikel werden über mehrere gegenläufige Rotoren in einer Zentrifuge mit hoher Geschwindigkeit aufeinander geschossen. Übrig bleiben Partikel im Mikrometerbereich, die größtmögliche Oberflächenaktivität ermöglichen.

Die größtmögliche Oberflächenaktivierung ist auch für zahlreiche Anwendungen in der Ernährungsphysiologie wichtig. Das Mineral kann aufgrund der guten, selektiven, Ionenaustauschfähigkeit im Körper eine Wirkung als Radikalfänger und Antioxidans entfalten. Die selektive Adsorptionsfähigkeit führt zu einer entgiftenden Wirkung. Das Zeolith kann vor allem Schwermetalle und andere schädliche Stoffe in seine Käfigstruktur einschließen und damit unschädlich machen. Anschließend scheidet der Körper das Zeolith samt den eingeschlossenen Stoffen gefahrlos aus.

Aquarien- und Teichbesitzer nutzen die adsorbierenden Fähigkeiten des Minerals zur Klärung und Reinhaltung des Wassers. Nach der Nuklearkatastrophe in Fukushima wurde Zeolith in großem Stil eingesetzt, um kontaminiertes Wasser von radioaktivem Cäsium und Strontium zu befreien, quasi heraus zu filtern.

Welche Arten von Zeolith gibt es und wo kommt es her?

zeolithNatürlich vorkommende Zeolith-Minerale haben vulkanischen Ursprung und können sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. In einer Art Grobklassifizierung wird zwischen Faser-, Blätter- und Würfelzeolithen unterschieden. Weitere Klassifizierungen sind nicht standardisiert. Es gibt die Klassifizierung nach Strunz, nach Liebau und nach der IZA, der internationalen Zeolithvereinigung. Danach werden Zeolithe gemäß ihres Kanalsystems in ihrer Gerüststruktur unterteilt. Beispielsweise werden Laumontit und Mordenit den Zeolithen zugeordnet, die über ein eindimensionales System von Kanälen verfügen. Ihre Kanäle haben keine Verbindung untereinander. Zeolithe mit zweidimensionalem Kanalsystem zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Kanäle untereinander in einer Art schichtförmigem System verbunden sind. Eine dritte Gruppe weist ein dreidimensionales Kanalsystem auf mit schichtübergreifenden Verbindungen der Kanäle untereinander.

Während etwa 48 natürlich vorkommende Zeolithe bekannt sind, gibt es bereits mehr als 150 verschiedene synthetisch hergestellte Zeolithe. Die synthetischen Minerale zeichnen sich durch eine meist einheitliche Gerüststruktur aus, die von den verwendeten Ausgangsstoffen abhängt und vorher weitestgehend berechnet oder abgeschätzt werden kann. Das heißt, dass z. B. aufgrund gewünschter Eigenschaften ein spezielles Zeolith entwickelt werden kann, das über diese Eigenschaften verfügt.

Als Ausgangsstoffe für synthetisch hergestellte Zeolithe dienen alkalische Lösungen, die reaktionsfähige Aluminium- und Siliziumverbindungen enthalten. In mehreren Verfahrensstufen werden die Ausgangsstoffe durch Erhitzen und erhöhtem Druck in das gewünschte Zeolith umgewandelt.

Was ist Zeolith Klinoptilolith?

Das natürlich in Vulkangesteinsformationen vorkommende kristalline Mineral Zeolith-Klinoptilolith wird den Zeolithen mit tafelartiger Struktur zugerechnet. Wegen geringer, möglicher Beimengungen mit „Fremdatomen“ kann das Klinoptilolith eine leicht gelbliche bis rötliche Färbung annehmen und trübe wirken, ohne dass seine physikalisch-chemischen Eigenschaften darunter leiden würden. Ohne Fremdbeimengungen ist das Klinoptilolith farblos und transparent.

Zeolith-Klinoptilolith bildet sich hauptsächlich aus vulkanischen Sedimenten wie Tuffstein und vulkanischen Gläsern. Größere Vorkommen finden sich auf fast allen Kontinenten, auch in Deutschland und Österreich wird das Mineral abgebaut, allerdings in eher bescheidenen wirtschaftlichen Dimensionen. Der Name des Minerals leitet sich aus seiner „monoklinalen“ Kristallstruktur ab. Eine der drei Achsen weist immer die gleiche Neigung auf, die aber ungleich 90 Grad ist. Es wird zwischen Klinoptilolith-Kalium, Natrium und-Calcium unterschieden, je nach Art der ausgleichenden anhaftenden Kationen.

Zur Verwendung als Nahrungsmittelergänzungsmittel wird in der Regel ausschließlich natürlich vorkommendes Zeolith-Klinoptilolith verwendet.