Zeolit adalah salah satu mineral yang terdapat di tanah gunung berapi. Ia merupakan bahan tak organik yang berbentuk kristal yang didalamnya terkandung ion-ion bercas positif (+ve) dan juga molekul-molekul air (H2O). Ion-ion yang bercas positif ini biasanya adalah daripada kumpulan I dan II dalam Jadual berkala (Periodic table) seperti natrium (Na+), kalium (K+), magnesium (Mg2+) dan kalsium (Ca2+).
Kerangka zeolit terdiri daripada lingkaran tiga-dimensi yang terbentuk daripada AlO4 (Aluminat) dan SiO4 (Silikat) yang berhubung antara satu sama lain melalui perkongsian oksigen. Formula asas zeolit dapat diberikan seperti berikut:
Mx/n((AlO2)x(SiO2)y).wH2O
Dimana:
M : ion-ion yang bercas positif
n : nombor valensi bagi ion-ion tersebut
w : nisbah antara silica dan alumina
pembahagi ( ) : Komposisi kerangka
Kerangka zeolit berasaskan SiO2 (Silika), Al2O3 (alumina) dan kehadiran ion-ion bercas positif (Kation) dan juga molekul-molekul air. Setiap daripada elemen-elemen ini mempunyai fungsinya tersendiri. Kerangka asas zeolit terdiri daripada silika dan alumina manakala kationnya pula boleh bertukar ganti dengan kation-kation lain. Molekul-molekul air pula boleh disejatkan atau dinyahsejatkan, ini bermakna zeolit boleh menyerap air dan menyimpannya didalam kerangka zeolit dan juga molekul air tersebut boleh dikeluarkan sepenuhnya daripada kerangka zeolit.
Disebabkan oleh kerangka zeolit yang begitu unik iaitu bercas negatif, mempunyai kation yang boleh bertukar ganti, boleh menyimpan air dan juga kerangkanya yang berbentuk Kristal, zeolit boleh mempunyai tiga sifat utama iaitu
- Bahan pemangkin: sebagai tapak untuk tindakbalas kimia.
- Penukar kation: Kation yang berada didalam kerangka zeolit dapat ditukarkan kepada kation-kation yang lain.
- Bahan penjerap: disebabkan oleh luas permukaan zeolit yang tinggi, bahan-bahan asing dapat dijerapkan diatas permukaan zeolit.
Zeolit digunakan secara meluas dalam aktiviti pemangkinan disebabkan oleh luas permukaannya yang tinggi. Proses pemisahan hidrokarbon daripada minyak mentah banyak menggunakan zeolit terutamanya zeolit sintetik iaitu zeolit yang disintesis sendiri sebagai bahan pemangkin.
Didalam bidang pertanian, fungsi zeolit yang ditekankan ialah zeolit sebagai penukar kation dan juga zeolit sebagai bahan penjerap. Zeolit terkenal sebagai penukar kation disebabkan oleh kerangka utamanya yang bercas negative (-ve). Keadaan ini disebabkan oleh gabungan antara silika dan alumina dalam kerangka zeolit. Apabila lingkaran silika digantikan dengan alumina, ia akan memberikan cas negatif kepada kerangka zeolit. Dengan sebab itulah, keupayaan zeolit untuk menukar kationnya bergantung kepada bilangan alumina yang berada dalam kerangka zeolit. Nisbah silika kepada alumnia (Si/Al atau SiO2/Al2O3) adalah penentu bagi kehadiran cas negatif didalam kerangka zeolit dan minimum nisbah tersebut ialah 1 dimana Si satu dan Al satu. Dengan sebab itulah, satu alumina yang berada didalam kerangka zeolit akan menyumbang kepada satu cas negatif dan disebabkan cas negatif ini, kation diperlukan untuk menstabilkan cas tersebut. Secara teorinya, semakin rendah nisbah Si:Al, semakin tinggi cas negatif kerangka zeolit dan akhirnya menyebabkan zeolit tersebut mempunyai keupayaan penukar kation yang tinggi.
Akan tetapi, apabila kerangka zeolit diambilkira, nisbah Si:Al tidak begitu penting kerana setiap zeolit mempunyai kerangka yang berbeza dan kerangka ini akan menentukan kedudukan kation-kation tersebut samaada berada dalam liang yang besar atau liang yang kecil. Jika ia berada didalam liang yang kecil, ion yang mempunyai saiz diameter yang besar sukar untuk bertukar dengan kation ditempat tersebut. Jadi, kerangka zeolit juga perlu diambil kira dalam kapasiti penukaran kation zeolit-zeolit ini. Sebagai contoh, zeolite jenis A mempunyai nisbah Si/Al yang paling minimum iaitu satu dimana didalam kerangka zeolit A terdapat 1 silika yang berabtu dengan 1 alumina. Ini menjadikan zeolit A mempunyai cas negatif yang terbanyak dan mengikut teori, zeolite A akan mempunyai kapasiti penukaran yang paling tinggi. Akan tetapi, disebabkan oleh faktor ketegapan kerangka zeolit A yang menhasilkan keliangan yang kecil yang hanya muat untuk diduduki oleh atom kecil seperti natrium dan ammonium, kapasiti penukaran zeolit A terhadap kation-kation lain tidak sebanyak zeolit A. Zeolit X dan Y yang merupakan jenis mineral Faujasit terkenal dengan luas keliangan yang terbesar antara zeolit-zeolit lain mempunyai nisbah Si/Al bernilai 2 untuk zeolit X dan 3 untuk zeolit Y. Disebabkan oleh keliangan yang besar dalam kerangka zeolit X and Y, ia dapat menukarkan kation yang bersaiz besar kedalam zeolit tersebut dan seterusnya meningkatkan kapasiti penukaran kation zeolit tersebut.
Bagi zeolit semulajadi seperti klinoptilolit dan kabazit pula, ia mempunyai nisbah Si/Al yang lebih tinggi daripada zeolit A, X and Y tetapi kapasiti penukaran kationnya lebih kurang sama dengan zeolit X dan Y disebabkan oleh faktor keliangan yang agak besar berbanding zeolit A dan juga kehadiran kation-kation lain. Oleh yang demikian, dapat disimpulkan bahawa kapasiti penukaran kation iaitu keupayaan sesuatu zeolit untuk menukar kation-kation yang menstabilkan kerangka zeolit bukan hanya bergantung kepada nisbah Si/Al semata-mata, tetapi perlu mengambil kira luas keliangan dan juga saiz sesuatu kation yang hendak ditukarkkannya.
Disebabkan oleh sifat zeolit yang boleh menukar kation-kationnya, ia sangat sesuai bertindak sebagai baja dan juga sebagai penyubur tanah. Ini kerana zeolit dapat menahan kation-kation dan seterusnya menukar dengan kation-kation lain yang diperlukan dalam tumbuhan. Sebagai contoh, ammonium (NH4+) adalah salah satu sumber nitrogen yang diperlukan untuk pokok. Ia banyak didapati dalam baja urea. Oleh kerana ammonium bercas positif, ia dapat berada dalam kerangka zeolit dan seterusnya dapat ditukarkan oleh kation-kation lain yang berada disekitarnya seperti natrium (Na+) kation.
Fungsi lain zeolit secara amnya ialah sebagai bahan penjerap. Penjerapan dan penyerapan ialah dua fenomena yang berbeza. Penyerapan sesuatu bahan ke dalam sesuatu bahan lain biasnaya melibatkan tindakbalas kimia dan ia boleh diibaratkan seperti span yang menyerap air. Penjerapan pula ialah satu proses dimana sesuatu bahan terletak diatas satu bahan lain (bahan penjerap). Bahan yang terjerap ini tidak mengalami tindakbalas kimia yang terlalu rumit akan tetapi penjerapn sesuatu bahan tersebut akan melibatkan satu atau dua kuasa yang dapat membantu penjerapan tersebut. Tambahan lagi, proses penjerapan tidak melibatkan kuasa yang besar dan bahan yang terjerap biasanya dapat dialihkan daripada bahan penjerap lebih senang daripada penyerapan. Sebagai contoh, padang yang dapat mengumpulkan manusia. Semakin luas padang tersebut, semakin ramai manusia dapat berkumpul dan manusia boleh beredar daripada padang tersebut dengan cara yang senang. Begitu juga dengan zeolit, oleh kerana ia adalah bahan tak organik yang mempunyai luas permukaan yang besar, ia juga dapat menempatkan bahan–bahan lain dan memegangnya seperti bahan-bahan organik dan bahan-bahan tak organik.
Sifat zeolit sebagai bahan penjerap sangat sesuai dengan fungsinya dalam bidang pertanian. Ini kerana sebagai bahan penjerap, ia berkeupayaan untuk menjerap bahan-bahan yang penting dalam tanaman seperti urea yang terdiri daripada bahan-bahan organik dan seterusnya memegang bahan tersebut. Bahan yang telah terjerap pada kerangka zeolit akan dikeluarkan sekiranya ada kuasa yang menarik keluar bahan tersebut seperti kehadiran molekul-molekul air yang banyak.
Selain daripada ketiga-tiga sifat utama zeolit yang dibincangkan iaitu sebagai pemangkin, penukar kation dan bahan penjerap, ada juga sifat–sifat lain yang memberikan kelebihan kepada zeolit dan menjadikan ianya unik berbanding bahan-bahan tak organik yang lain. Komposisi elemen yang terkandung dalam zeolit sama dengan tanah liat tetapi berbeza daripada sifat fizikal dan kimianya. Struktur tanah liat berlapis-lapis manakala bagi zeolit ialah dalam bentuk kristal. Disebabkan struktur inilah tanah liat biasanya akan mengembang apabila ia dipenuhi dengan molekul air. Apabila tanah liat ini dipenui dengan air, ia tidak dapat membenarkan molekul air untuk menembusinya. Dengan sebab itulah, tanah liat tidak digunakan dalam bekas penapis air dan juga sebagai penjerap. Tidak seperti tanah liat, zeolit sesuai digunakan sebagai bahan penjerap dan sesuai digunakan sebagai bahan penapis air kerana bentuk yang berbentuk kristal dan ia tidak mengembang apabila dipenuhi dengan air.
Kelebihan lain zeolit yang ditemui pada masa kinia ialah kegunaan yang sesuai dalam bidang bioteknologi. Zeolit sesuai dijadikan sebagai bahan penyokong atau bahan pembawa bagi bahan biologi seperti prtin, karbohidrat, mikroorganisma dan lain lain berbanding bahan organic seperti selulosa, agarosa dan lain-lain. Zeolit juga dianggap murah berbanding bahan-bahan organic ini. Tambahan lagi, zeolit terkenal sebagai bahan yang stabil secara fizikal dan kimia kerana strukturnya tidak berubah pada keadaan yang ekstrim seperti suhu rendah dan tinggi, berbeza keasidan dan kealkalian dan berbeza tekanan. Kestabilan ini ialah berpunca daripada bentuk zeolite yang Kristal dan kehadiran kerangka silika dalam zeolite.
Zeolit dapat dibahagikan kepada 2 kategori iaitu zeolite sintetik dan zeolite semulajadai. Zeolit sintetik ialah zeolit yang disintesis sendiri dimakmal. Contoh zeolit sintetik ialah zeolite A, X, Y, P, omega dan lain-lain. Zeolit sintetik banyak digunakan dalam pemangkinan kerana zeolite jenis ini mempunyai tahap kekristalan dan ketulenan yang tinggi. Zeolit semulajadi pula ialah zeolit yang terhasil secara semulajadi dan kebanyakannya diambil dikawasan gunung berapi. Contoh zeolite semulajadi ialah klinoptilolit, kabazit, mordenit dan lain-lain. Proses pembentukan zeolite adalah melalui kaedah hidrotermal dimana ia melibatkan air pada suhu yang tinggi. Kebanyakan zeolite semulajadi digunakan secara meluas sebagai bahan penjerap dan bahan penukar kation di industri. Zeolit semulajadi adalah murah, mudah didapati dalam kuantiti yang banyak dan sifatnya lebih kurang sama dengan sintetik zeolite. Dalam pertanian, zeolite semulajadi digunakan secara meluas kerana ia diperlukan dalam kuantiti yang banyak.
Maklumat berkenaan dengan zeolite boleh diperolehi daripada laman sesawang Pertubuhan zeolite Antarabangsa (International Zeolite Associatio, IZA) di alamat ini http://www.iza-online.org/. IZA ditubuhkan pada 1973 bertujuan untuk mempromosi dan menggalakkan pembangunan semua aspek berkaitan sains dan teknologi zeolit diperingkat antarabangsa. Bagi menyebarkan maklumat mengenai asas zeolit daripada segi struktur, kerangka, rujukan, penggunaan dan berbagai-bagai maklumat mengenai zeolite, IZA menyediakan pengkalan data bagi maklumat tersebut dialamat http://www.iza-structure.org/databases/.
Terdapat bermacam-macam jenis zeolit yang wujud dialam ini. IZA telah mengkelaskan jenis zeolit ini bergantung kepada sifat-sifat yang sama tidak kira samada zeolit sintetik atau semulajadi dan diletakkan dibawah satu Kod Jenis Kerangka (Framework Type Code) yang sama. Jadual dibawah menunjukkan Kod Jenis Kerangka yang diambil daripada laman sesawang pengkalan data IZA. Sebagai contoh, zeolite jenis X dan Y adalah tergolong dalam family FAU iaitu salah satu mineral semulajadi bernama faujasite. Zeolit X dan Y mempunyai kerangka yang sama dengan mineral faujasit. Klinoptilolit iaitu zeolit semulajadi yang banyak digunakan dalam bidang pertanian adalah daripada famili HEU iaitu heulandite.