زئولیت و کاربرد های آن در کشاورزی و دیگر صنعت ها

زئولیت ها آلومینو سیلیکات ها دارای حالت بلوری هستند. این مواد طبیعی از جمله مواد معدنی رایج در سنگ های رسوبی محسوب می شوند و گزارشات نشان می دهد که بیشتر در صخره های آتشفشانی یافت می شوند. سیستم کشت زئوپونیک به تازگی در تولید انواع محصولات زراعی، باغی و گل و گیاه مورد توجه واقع شده است.

زئولیت (zeolite) چیست؟

با افزایش جمعیت روی کره زمین و کاهش کمیت و کیفیت منابع خاک، امنیت غذایی جهان در حال کاهش است و در معرض خطر قرار دارد. تصور می شود که یکی از دلایل اساسی سقوط سرانه تولید مواد غذایی تخریب منابع مختلف ناشی از کاهش ذخایر غذایی، کاهش ذخایر کربنی آلی در خاک، آلودگی فلزات سنگین و غیره می باشد.

اکثر خاک های کشاورزی ذاتا حاصلخیزی بسیار پایینی دارند و یا به دلیل حذف مداوم مواد غذایی و عدم جبران این مواد غذایی برای خاک، منجر به کاهش حاصلخیزی آن ها می شود. همراه با حاصلخیزی کم خاک های بومی، مشکل کارایی پایین نهاده ها به ویژه کود شیمیایی و آب نیز وجود دارد. با توجه به تلفات مواد غذایی از طریق مکانیسم های مختلف از دست رفتن این مواد، بازده استفاده از عناصر غذایی به کار رفته در اکثر سیستم های زراعی گرمسیری همچنان بسیار پایین است. در این زمینه استفاده از زئولیت ها در کشاورزی و مدیریت حاصلخیزی خاک اهمیت بسیار زیادی دارد.

زئولیت ها کاربرد های ویژه و بالقوه ای در کشاورزی و مدیریت خاک دارند. این مواد می توانند به عنوان حامل مواد مغذی یا محیط آزاد سازی مواد مغذی سبب بهبود کارایی و عملکرد محصول شوند. این ماده معدنی خاک را اصلاح می کند و سبب حذف فلزات سنگین از خاک می شود.

تحقیقات زیادی در بسیاری از کشور ها جهت بهره برداری از پتانسیل زئولیت برای حفظ بهره وری خاک در کشاورزی صورت گرفته است.

زئولیت ها آلومینو سیلیکات ها دارای حالت بلوری هستند. این مواد طبیعی از جمله مواد معدنی رایج در سنگ های رسوبی محسوب می شوند و گزارشات نشان می دهد که بیشتر در صخره های آتشفشانی یافت می شوند. همچنین آن ها در سنگ های متنوع یافت می شوند و شاخص های ارزشمندی برای رسوب گذاری و دیاژنیک محیط های سنگ میزبان هستند. زئولیت های تکنو سیلیکاتی هستند که یک ساختار سه بعدی باز دارند و حاوی کاتیون های مورد نیاز برای تعادل بار الکترو استاتیک چارچوب سیلیس و آلتینا تترا هدرا و محتویات آب را نشان می دهند. اتصالات مختلف SiO4 و AlO4 تتراهدرا منجر به تشکیل یک چارچوب سه بعدی با منافذ و حفره های مولکولی می شود.

شکل، ابعاد و پیوند منافذ و خلا های زئولیت از مشخصات اصلی مواد زئولیت است. منافذ و حفره های به هم پیوسته با کاتیون ها و مولکول های آب اشغال می شود. گزارش شده است که سطح داخلی این کانال ها به 100 متر مربع در هر گرم زئولیت می رسد این مسئله آن را به یک مبادله کننده یونی بسیار موثر تبدیل می کند. کاتیون ها می توانند با استفاده از تبادل یونی مبادله شوند و آب می تواند با استفاده از گرما حذف شود.

خصوصیات شیمیایی و فیزیکی مفید زئولیت

از دیگر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی مفید این ماده با ارزش می توان به حجم خالی زیاد، تراکم پایین آن اشاره کرد که یک ویژگی عالی برای افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی آن می باشد. اگرچه رس و زئولیت ها هر دو از مواد آلومینو سیلیکات هستند اما دارای ساختار متفاوت اند. در حالی که رس ها می توانند به راحتی به ذرات ریز یا کلوئید های خاک تجزیه شوند، این ماده معدنی دارای ساختار کریستالی سفت و سخت سه بعدی هستند که کنترل بسیار بیشتری بر حرکت و جابجایی مولکول ها دارند. این به این معنی است که باید در آزمایشات دقت ویژه صورت بگیرد تا زمان کافی برای وقوع تبادل یونی فراهم شود. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد زئولیت ها به همراه فراوانی آن ها در سنگ های حاصل از مواد آتشفشانی آن ها را به ماده مفیدی در بسیاری از بخش های کشاورزی تبدیل نموده است.

فراوانی زئولیت در سنگ های حاصل از مواد آتشفشانی آن ها را به ماده مفیدی در بسیاری از بخش های کشاورزی تبدیل نموده است.

سیستم کشت زئولیت

سیستم کشت زئوپونیک به تازگی در تولید انواع محصولات زراعی، باغی و گل و گیاه مورد توجه واقع شده است در این روش 90 درصد زئولیت را با 10 درصد ماسه، پرلایت، ورمی کولایت و سایر مواد معدنی مخلوط می کنند و وجود زئولیت سبب می شود مانند یک کود کند رها شونده عمل کند و مواد غذایی به تدریج طی تبادل کاتیونی در اختیار گیاه قرار می گیرد. این سیستم کشت در کشورهای مانند بلغارستان و کوبا مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم کشت زئوپونیک: 90 درصد زئولیت را با 10 درصد ماسه، پرلایت، ورمی کولایت و سایر مواد معدنی مخلوط می کنند.

زئولیت مانند یک کود کند رها شونده عمل می کند.

منشا و تاریخچه زئولیت ها

شناسایی زئولیت ها به عنوان یک ماده معدنی به سال 1756 بر می گردد، زمانی که یک معدن شناس سوئدی، الکس فردریک کرونستد، مقداری بلور از معدن مس در سوئد جمع آوری کرد. وی دریافت که با گرم شدن سریع ماده استیل، مقدار زیادی بخار از آب جذب شده توسط این ماده تولید می شود. بر این اساس، او ماده را زئولیت نامید، که کلمه ای یونانی به معنای ” سنگ های در حال جوشیدن” است، زیرا در اثر حرارت دادن تا دمای 200 درجه سانتی گراد کف می کند. به دنبال یافته های کرونستد، زئولیتها به عنوان مواد معدنی یافت شده در سنگ های آتشفشانی برای مدت 200 سال در نظر گرفته شده است.

زئولیتهای طبیعی در جایی ایجاد می شوند که سنگ های آتشفشانی و لایه های خاکستر با آب های زیرزمینی قلیایی واکنش نشان می دهند. زئولیتها همچنین در دوره های مختلف از هزاران تا میلیون ها سال در حوضه های کم عمق دریایی متبلور می شوند. زئولیت های طبیعی به ندرت خالص هستند و درجات مختلفی از مواد معدنی دیگر، فلزات، کوارتز و غیره در آن ها یافت می شود.

به همین دلیل، زئولیت های طبیعی در بسیاری از تجارت های مهم مورد استفاده قرار نمی گیرد و لازم است برنامه هایی برای یکنواختی و خلوص آن در نظر گرفته شود. بیشتر تحقیقات اولیه در مورد استفاده از زئولیت در کشاورزی در دهه 1960 در کشور ژاپن صورت گرفت. خلاصه ای از این مطالعات در ادامه اشاره می شود. کشاورزان ژاپنی طی سال ها از سنگ زئولیت برای کنترل میزان رطوبت و افزایش پی اچ خاک های آتشفشانی اسیدی استفاده می کردند. تبادل یونی زئولیت ها می تواند به علت تخلخل زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا سبب استفاده آن در کشاورزی شد. آن ها به عنوان حامل مواد غذایی و مواد غذایی متوسط تا آزاد استفاده شوند.

بر اساس گفته های کومبوس و همکاران (1977) زئولیتها یک ماده معدنی با ساختار بلوری هستند که توسط یک چارچوب تترا هدرای لینک شده بهم مشخص می شوند. که چهار اتم اکسیژن اطراف یک کاتیون را گرفته اند. این چارچوب شامل حفره های باز کانالی و قفسی شکل است. این ها معمولا توسط مولکول های آب و کاتیون های خارج چارچوب که معمولا قابل تبادل هستند اشغال می شوند. این کانال ها به اندازه کافی بزرگ هستند که امکان عبور یون های مهمان را فراهم می کنند. در فاز های هیدراته، کم آبی در دمای بیشتر از حدود 400 درجه سانتی گراد رخ می دهد و تا حد زیادی برگشت پذیر است.

چارچوب ممکن است توسط گروه های (OH, F) قطع شود. این ها یک راس تتراهدرون را اشغال می کنند که با تتراهدرای مجاور مشترک نیستند.

تقسیم بندی و انواع زئولیت ها

بیشتر از 50 گونه مختلف از این گروه معدنی شناسایی شده است و هنوز تعداد زیادی از آن ها در حال شناسایی هستند. زئولیتها بر اساس ریخت شناسی، ساختار بلوری، ترکیب شیمیایی، قطر منافذ موثر، وقایع طبیعی و غیره طبقه بندی می شوند. در سال 1997، کمیته زئولیت های کمیسیون بین المللی مواد معدنی و مواد معدنی جدید اسامی را برای مواد معدنی زئولیت ارائه کرد.

این گزارش پیشنهاد می کند که گونه های زئولیت نباید فقط از نظر Si به AL متمایز شوند، به جز هولاندیت (4، Si : Al) و کلینوپتیلولیت (Si:Al$4.0). دهیدراسیون، هیدراسیون نسبی و هیدراسیون بیش از حد برای شناسایی گونه های جداگانه زئولیت کافی نیست.

نسبت Al/ Si مشخصه مهم زئولیتها است. عدم تعادل بار به دلیل وجود آلومینیوم در ساختار زئولیت، خصوصیات تبادل یونی زئولیتها را تعیین می کند و انتظار می رود سایت های اسیدی بالقوه را القا کند. نسبت Al/ Si به طور معکوس با محتوای کاتیون متناسب است، اما مستقیما با پایداری حرارتی متناسب است. با افزایش نسبت، میزان انتخاب سطح از آب دوست به آب گریز تغییر می کند. غربال های مولکولی سیلیس (سیلیکات – 1) دارای چارچوب خنثی هستند و ماهیت آبگریز دارند و همچنین فاقد تبادل کاتیونی یا خواص کاتالیزوری هستند.

زئولیت ها بر اساس نسبت سیلیس به آلومینیوم به صورت های زیر طبقه بندی می شوند:

زئولیت با نسبت کم سیلیسیم به آلومینیوم (1 به 5)
زئولیت با نسبت متوسط سیلیسیم به آلومینیوم (2 به 5)
زئولیت با نسبت زیاد سیلیسیم به آلومینیوم (10 به چندین هزار)

با افزایش نسبت سیلیسیم به آلومینیوم، فعالیت کاتالیزوری معمولا به دلیل دو اثر متضاد، تمایل به رسیدن به حداکثر میزان خود را دارد: افزایش اثر بخشی هر مرکز اسیدی از یک طرف و کاهش تعداد مراکز اسید از طرف دیگر. زئولیت های آلومینیومی مواد خشک کننده عالی هستند در حالی که اکثر زئولیت ها سیلیسی تمایل به جاذب های غیر قطبی ارگانوفیل دارند.

فلانجن و همکاران (1980) در نظر گرفتند که زئولیت هایی با مقدار کم سیلیس یا مقادیر بالای آلومینیوم حاوی حداکثر تعداد سایت های تبادل کاتیونی هستند که آلومینیوم چارچوب را متعادل می کند و در نتیجه بالاترین محتوی کاتیون ها را دارند. زئولیت های سیلیس متوسط از نظر پایداری بهتر از زئولیتهایی با سیلیس کم و زئولیت هایی با سیلیس زیاد هستند که این امر نمایانگر هیدروفیلی ناهمگن درون یک کریستال متخلخل هست.

سطح زئولیت هایی با سیلیس زیاد با ویژگی انتخابی و تبادل آبگریز ارگانیک به ویژگی همگن نزدیک می شود. فلانیجن (2001) زئولیت ها را بر اساس قطر منافذ طبقه بندی کرده است، یعنی زئولیتهای منافذ کوچک، زئولیت های منافذ متوسط، زئولیت های منافذ بزرگ و زئولیت های منافذ فوق العاده بزرگ:

زئولیت های منافذ کوچک (8 حلقه) با قطر منافذ آزاد 45/0 – 3/0 نانومتر
زئولیت های منافذ متوسط (10 حلقه) با قطر منافذ آزاد 6/0 – 45/0 نانومتر
زئولیت هایی با منافذ بزرگ (12 حلقه) با قطر منافذ آزاد 8/0 – 6/0 نانومتر
زئولیت هایی با منافذ فوق بزرگ (14 حلقه) با قطر منافذ آزاد 1 – 8/0 نانومتر

انواع ساختار و نام زئولیت ها

زئولیت های یک ماده معدنی رسوبی آتشفشانی هستند که در درجه اول از آلومینو سیلیکات تشکیل شده است. این ماده معدنی دارای یک شبکه کریستالی سه بعدی با کاتیون هایی است که خیلی سست به آن متصل شده اند و قادر به آبرسانی و از دست دادن آب بدون تغییر ساختار بلوری را دارد.

این آلومینو سیلیکات ها به طور کلی در طبیعت وقتی تشکیل می شوند که آب با پی اچ بالا و محتویات نمک زیاد با خاکستر های آتشفشانی در تعامل باشند، این امر باعث تشکیل سریع کریستال شود. ساختار زئولیت را می توان به دو ناحیه تقسیم کرد: ستون هایی از حلقه های ذوب شده که با افزایش دما و مناطق بین ستون گسترش می یابند و تمایل به گرم شدن دارند. این تغییرات رقابتی با هم ترکیب می شوند و ماده ای تولید می کنند که به موازات کریستالوگرافی a و b منقبض می شود و در جهت c گسترش پیدا می کند. ساختار طبیعی زئولیت، آب و کاتیون ها را می توان به طور قابل برگشتی حذف یا جایگزین کرد. حداکثر اندازه هر گونه یونی که می تواند به منافذ یک زئولیت وارد شود تابعی از ابعاد کانال ها است.

این ها با اندازه حلقه دیافراگم تعریف می شوند. ساختار 8 حلقه، به یک حلقه بسته گفته می شود که از 8 اتم سیلیکون هماهنگ شده چهار ضلعی (یا آلومینیوم) با اتم اکسیژن برابر ساخته شده است. این حلقه ها به دلیل تاثیرات مختلف از جمله فشار ناشی از اتصال بین واحد هایی که برای تولید ساختار کلی یا هماهنگ برخی از اتم های اکسیژن حلقه ها به کاتیون های موجود در ساختار به کار می رود، متقارن نیستند، بنابراین منافذ بسیاری از زئولیت ها دارای حالت استوانه ای نیستند.

ممپتون (1960) پیشنهاد کرد که یک شکاف ترکیبی بین مواد معدنی هولاندیت (نسبت سیلیسیم به آلومینیوم، 75/2 – 25/3) و کلینوپتیلولیت (نسبت سیلیسیم به آلومینیوم، 25/5 – 25/4) را پیشنهاد کرد، کلینوپتیلولیت تا دمای بالای 600 درجه سانتی گراد پایدار است. تحقیقات اخیر زئولیت روی گسترش دامنه روش های مصنوعی، در بهره برداری بیشتر از زئولیت در فرآیند های تجاری و در استفاده از تکنیک های مدرن توصیف ویژگی های ساختاری زئولیت متمرکز شده است. هر چه میانگین پتانسیل تبادل کاتیونی خارج ساختار زئولیت بیشتر باشد، ظرفیت هیدارتاسیون کلنوپتیلولیت نیز بیشتر است. این روند ممکن است به اندازه کوچک و همچنین بسته بندی کار آمد آب – کاتیون های بالا در ساختار زئولیت نسبت داده شود.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها چیست ؟

دو فرایند عمده به عنوان پروسه کینتیک تبادل یونی در زئولیت ها مشخص شده است که شامل انتشار ذرات (particle diffusion) و انتشار فیلم (film diffusion) می شود. زئولیت ها یکی از بزرگترین مواد مبادله کننده کاتیون ها هستند و ظرفیت تبادل کاتیونی آن ها 2 تا 3 برابر بیشتر از انواع دیگر مواد معدنی موجود در خاک ها هستند. زئولیت ها دارای توانایی جذب هستند که این توانایی به ساختار متخلخل برای جذب مولکول ها در فشار پایین وابسته است. تنوع گسترده ای در ظرفیت تبادل کاتیونی زئولیت ها وجود دارد که به ماهیت متفاوت ساختار های مختلف کانال های زئولیت، نقص ساختار طبیعی، یون های جذب شده و مواد معدنی آن مرتبط است.

بنابراین به طور خلاصه، زئولیت ها مواد طبیعی با توانایی تبادل کاتیونی، جذب گاز ها و بخارات در مقیاس مولکولی عمل می کنند و واکنش های ناشی از اندازه منافذ ثابت و مکان های فعال در شبکه بلور را کاتالیز می کنند. اندازه کانال های کلینوپتیلولیت کنترل کننده اندازه مولکول ها یا یونهایی است که می توانند از آن ها عبور کنند باشد. بنابراین یک زئولیت مانند کلینوپتیلولیت می تواند به عنوان الک شیمیایی عمل کند و به برخی از یون ها اجازه عبور دهد و برخی از یون ها را نیز بلوکه کند. مناطق داخلی آن ها عمدتا در محدوده 850 × 400 متر مربع در گرم برای زئولیتها می باشد. زئولیت های از نظر ترکیبات شیمیایی بسیار متفاوت هستند، خصوصا با توجه به محتوای Na2O، AL2O3، K2O، CaO، SiO2 و Fe2O3 همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1. ترکیبات شیمیایی کلینوپتیلولیت / زئولیت

ترکیبات معدنی (%)

SiO2/ AL2O3	CEC	MgO	Fe2O3	Na2O	AL2O3	K2O	CaO	SiO2	منشا زئولیت
55/6	–	2/1 – 8/0	6/1	5/1 – 1/1	11 – 9	7/1-0	5/4 – 3/3	72	اندونزی (ایدروس و همکاران 2008)
97/5	–	59/0	06/1	44/0	65/11	44/4	83/1	5/69	کلینوپتیلولیت هانگری (کالو، 1993)
09/5	–	5/1	3/3	8/0	7/12	97/0	1/3	7/64	پارنایبا بازین، برزیل (مونت و همکاران 2009)
26/6	–	85/0	03/1	59/0	87/11	07/4	95/1	36/74	کلینوپتیلولیت ترکی- گوردز (گدیک و اماموگلو، 2006)
09/6	–	26/1	26/1	1/0	93/11	13/3	16/4	76/72	کلینوپتیلولیت ترکی- بیگادیک (گدیک و اماموگلو، 2006)
41/5	–	4/1	89/1	19/0	3/12	84/3	5	6/66	موحلباچووا و سیمون (2003)
02/5	175	6/0	6/0	4/6	5/12	2/1	4/0	7/62	کلینوپتیلولیت آرژانتینی (میلان و همکاران، 2008)
91/4	=	89/0	89/0	11/0	17/12	15/0	94/4	8/59	کلینوپتیلولیت اورگون (مکاون و توکر، 1985)
41/5	200	1/0	5/1	08/1	02/12	3	3/2	65	زئولیت ایران (خدائی جوقان، 2008)
29/4	–	–	12/1	48/0	23/13	–	3/4	7/56	زئولیت هندی (گادکار و همکاران، 2008)
88/5	–	39/0	3/0	63/2	76/11	13/3	09/1	2/69	کلینوپتیلولیت آگورا (وایز و همکاران، 1969)
4/5 – 8/4	–	–	–	–	1/13 – 5/11	4/3 – 2/2	2/5 – 7/2	71- 65	کلینوپتیلولیت اسلوواکی (پاولزیک و پوپوویز ، 2006)
9/4	148	02/1	86/1	2/2	6/12	01/3	67/1	8/61	کلینوپتیلولیت ژاپنی (میناتو و موریموتو، 2006)
81/2	212	2/0	2/0	3/3	56/18	54/7	35/2	15/52	گدازه های زرد نپالی (بوندونو و همکاران، 2006)
85/6	–	48/0	93/1	26/0	44/11	37/3	23/4	31/78	کلینوپتیلولیت ترکیه (کاگین و همکاران، 2006)
–	125	–	–	–	–	–	–	–	کانسار بلی پلاست، رودپوپ شرقی، بلغارستان (چاکالود و همکاران، 2006)

CEC: ظرفیت تبادل کاتیونی (cmol (p⁺) kg–1).

دیکسون و مینگ (1987) تکنیک های جداسازی کلینوپتیلولیت ها از خاک را با ترکیب وزن مخصوص پایین و ویژگی های اندازه ذرات ریز کلینوپتیلولیت در خاک بیان کردند. کلینوپتیلولیت با استفاده از یک مایع سنگین از بخش های سیلتی نمونه های شیمیایی تیمار نشده جدا شد.

مهمترین کاربرد های زئولیت در بخش های مختلف چیست ؟

زئولیت در کشاورزی به عنوان جاذب **رطوبت** به کار می رود

زئولیت در کشاورزی به عنوان جاذب رطوبت به کار می رود

کشاورزی: به عنوان جاذب رطوبت، افزاینده حاصلخیزی خاک و تبادل کاتیونی، کنترل بو، پرورش و تولید گل و سبزیجات در گلخانه، تولید چمن، تصفیه آمونیاک استخر های پرورش ماهی و سایر آبزیان
محصولات خانگی: بو گیر منازل
محصولات صنعتی: جاذب نفت و جداکننده گاز ها
کاربرد در محیط زیست: حذف فلزات سنگین و آلودگی های نفتی
تصفیه آب: حذف آمونیاک و فلزات سنگین
کاربرد در راکتور و رادیو اکتیو: مدیریت زباله های اتمی و سایت بازسازی

مهمترین زئولیت های طبیعی مهم در کشاورزی

بیشتر از 48 گونه زئولیت طبیعی شناخته شده است، کلینوپتیلولیت بیشترین مقدار را در خاک و رسوبات دارد. در بین زئولیتهای طبیعی، کلینوپتیلولیت بیشتر در روش های مختلف کشاورزی برای اصلاح خاک و برای تقویت احتباس نیتروژن مورد استفاده قرار می گیرد.
کلینوپتیلولیت عضوی از گروه هولاندیت زئولیت های طبیعی است، به نظر می رسد هولاندیت در برابر دما پایدار است و فراوانترین زئولیت در خاک هایی است که طیف گسترده ای از پی اچ، کمی اسیدی تا بسیار قلیایی را دارند. کلینوپتیلولیت یکی از شناخته شده ترین و مفیدترین زئولیت ها هستند. رسوبات گسترده ای از کلینوپتیلولیت در ایالات متحده غربی، بلغارستان، مجارستان، ژاپن، استرالیا و ایران یافت می شود.

کلینوپتیلولیت ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی دارند و میل ترکیبی زیادی برای یون های آمونیوم (NH4+) دارند. پولات و همکاران (2004) گزارش کردند که از بین 40 زئولیت طبیعی که توسط گروه های تحقیقاتی مورد مطالعه قرار گرفت، مشهورترین آن ها کلینوپتیلولیت، اریونیت، چابازیت، هولاندیت، موردنیت، استیلبیت و فیلیپسیت هستند.

زئولیت ها که به طور بالقوه برای بهبود خواص خاک به کار می روند

فعل و انفعالات مواد مغذی زئولیت ها

برخی از خصوصیات زئولیت ها که به طور بالقوه آن ها را برای بهبود خواص خاک مطلوب می کند، تخلخل داخلی بزرگی است که منجر به احتباس آب، توزیع یکنواخت اندازه ذرات می شود که اجازه می دهد یکپارچه باشند و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا داشته باشند و مواد مغذی را حفظ می کنند. اضافه کردن زئولیت ها باعث بهبود وضعیت مواد غذایی نواحی شنی ریشه می شود، بویژه نگهداری انتخابی یون های آمونیوم و پتاسیم.

نیتروژن جز دسته عناصر غذایی مهم و کلیدی در دستیابی به عملکرد مطلوب در گیاهی زراعی و باغی می باشد. در بین عناصر غذایی، نیتروژن بالاترین غلظت را در گیاهان دارد و کمبود آن بیشتر از سایر عناصر رشد و عملکرد گیاه را محدود می کند. ازت بیشتر از سایر عناصر غذایی رشد را محدود می کند که دلیل این امر نیز نیاز بالای گیاه به این ازت می باشد. استفاده از کود های نیتروژنه مهمترین روش تامین نیاز گیاهان در مزارع و باغات می باشد.

برای افزایش عملکرد محصول و تولید اقتصادی مدیریت مصرف نیتروژن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. به همین جهت افزایش کارایی مصرف نیتروژن یکی از مباحث روز در دنیای کشاورزی است. یکی از بازدارنده های نیتریفیکاسیون دی سیانو دی آمید است که به طور گسترده در بخش کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین زئولیت های آلومینوسیلیکات معدنی کریستالی با توجه به ساختار شبکه ای سه بعدی و کانال ها و حفرات حاوی کاتیونی که دارند دارای قابلیت تبادل کاتیونی اند، بدون این که در حین این تبادل شکل ساختمانی آن ها تغییر یابد.

علاوه بر این که از این زئولیتها به عنوان مواد افزاینده رطوبت و ترکیب افزاینده حاصلخیزی خاک در کشاورزی استفاده می شود می تواند با قابلیت جذب انتخابی که دارد در جذب آمونیوم و آزاد سازی کنترل شده ی آن نقش مهمی را ایفا کند و از این طریق سبب مصرف بهینه ی کود ها می گردد.

کاربرد زئولیت سبب کاهش نیتریفیکاسیون و تلفات ناشی از آبشویی می شود

جذب سطحی اوره روی زئولیت و خصوصیات مختلف اوره جذب شده مورد بررسی قرار گرفت و اثر زئولیت روی فعالیت و خصوصیات اوره بوسیله چائوی و پارک مورد بررسی قرار گرفت. حداکثر اوره آز آزاد در محلول، جذب شده بوسیله زئولیت 3/11 میلی گرم اوره آز در 100 میلی گرم زئولیت در پی اچ 7 بود. بدیهی است که اوره آز آزاد جذب شده روی سطح بیرونی زئولیت با واکنش تبادل کاتیونی و بیشتر از 70 درصد اوره آز در 30 دقیقه اتفاق افتاد. فعالیت اوره آز جذب شده تا 6/86 درصد کاهش نشان داد در حالی که Km value تا 4/34 میلی مولار افزایش پیدا کرد که این میزان بیشتر از اوره آز آزاد بود.

پی اچ مطلوب اوره آز جذب شده 7 – 5/6 بود در مقایسه با اوره آز آزاد که 7 بود. نتایج برنانردی و همکاران (2010) نشان داد که پتانسیل اوره و زئولیت سبب بهبود کارایی استفاده از نیتروژن در مقایسه با سایر تیمار ها شد. افزودن این ماده معدنی به خاک سبب کاهش فعالیت اوره آز خاک از طریق جذب اوره آز روی زئولیت می شود.

آبشویی نیترات

هوانگ و پتروویچ (1994) از کاربرد زئولیت به منظور کاهش آبشویی نیترات در زمین های گلف واقع در خاک استفاده کردند. گزارش شده است که اصلاح زئولیت کلینوپتیلولیت با خاک های شنی سبب کاهش غلظت نیتروژن در شیرابه و افزایش رطوبت و مواد مغذی در خاک به دلیل افزایش سطح خاک و ظرفیت تبادل کاتیونی می شود. توکر و مکوون (1985) دریافتند که کاربرد زئولیت ها سبب کاهش نیتریفیکاسیون و تلفات ناشی از آبشویی می شود. تشکیل کلینوپتیلولیت- آمونیوم سبب کاهش نیتریفیکاسیون تا 11 درصد می شود. این کاهش ناشی از احتباس آمونیوم توسط کلینوپتیلولیت در مکان هایی که باکتری های نیتریت کننده نمی توانند سبب اکسید شدن آمونیم شوند، رخ می دهد.
به دام انداختن آمونیوم

تونل های داخلی کوچک کلینوپتیلولیت ها برای محافظت فیزیکی یون های آمونیوم از نیتریفیکاسیون بیش از توسط میکروارگانیسم ها است. آزمایشات کمپوست سازی نشان داده است که از ترکیب کلینوپتیلولیت با مواد زائد حیوانات می تواند سبب حفظ و نگهداری آمونیاک شود. ظرفیت ماندگاری و آزادسازی آهسته یون های آمونیوم که در کانال های تشکیل دهنده ساختار بلوری گنجانده شده اند معمولا به زئولیت ها و به ویژه کلینوپتیلولیت ها نسبت داده می شود. در دسترس بودن فضای داخلی یکی دیگر از ویژگی های قابل توجه زئولیت ها برای جداسازی و تصفیه می باشد. زئولیت ها ممکن است در ابتدا N- NH4 را غیر متحرک کند و باعث کاهش دسترسی به نیتروژن و در نتیجه اثرات منفی روی رشد شود. علاوه بر این که مقادیر زیاد آمونیوم را حفظ می کند این مواد معدنی می تواند در پروسه نیتریفیکاسیون هم دخالت کنند. زئولیت ها باعث کاهش انتشار آمونیاک از کود های حیوانی می شوند. استفاده از زئولیت می تواند تا 16 درصد از هدر رفتن، آمونیاک کل را کاهش دهد. احمد و همکاران (2002)، دریافتند که استفاده از مخلوط های زئولیت در مقایسه با مخلوط اوره مستقیم (46 درصد نیتروژن) و زئولیت (75/0 و 1 گرم در کیلوگرم خاک) به طور معنی داری 61 – 32 درصد سبب کاهش از دست رفتن NH3 می شوند.
انحلال فسفات صخره ها

مطالعه گلخانه ای صورت گرفته توسط پیکرینگ و همکاران (2002) نشان داد که کلینوپتیلولیت در ترکیب با سنگ فسفات به طور قابل توجهی جذب فسفر را توسط گیاه آفتابگردان افزایش داد. ترکیب زئولیت/ سنگ فسفات احتمالا به عنوان یک کود مبادله کننده عمل می کند و کلسیم تبادلی روی زئولیت در پاسخ به جذب کاتیون های غذایی (پتاسیم یا آمونیوم) روی زئولیت مبادله می شود و باعث انحلال سنگ فسفات می شود.
این آزمایش به وضوح نشان داد که جذب گیاه از سنگ فسفات وقتی که در ترکیب با آمونیوم – زئولیت به کار رفت بسیار افزایش پیدا کرد، اگرچه میزان جذب فسفر کمتر از منبع فسفر محلول بود. سیستم زئولیت / سنگ فسفات مزیت قابل توجهی از انتشار فسفر در پاسخ به تقاضای گیاه دارد و از این نظر منحصر به فرد است. مطالعه در مورد سینتتیک تبادل یونی برای توسعه فن آوری های استفاده طبیعی از زئولیت بسیار مهم است.