Термин цеолит (в переводе с греческого «кипящий камень») включает целое семейство минералов – водосодержащих алюмосиликатов с катионами калия, натрия, кальция и магния. Существуют природные и искусственно синтезированные цеолиты (пермутиты), которые находят широкое применение в водоочистительных приборах как адсорбенты, ионообменники и молекулярные сита. Что же такое цеолит? Если дать более приземленное определение, то это природный минерал, относящийся к группе алюмосиликатов.

Он обладает характерной структурой, изобилующей полостями, занятыми большими катионами и молекулами воды. Причем и те и другие характеризуются значительной подвижностью, что обуславливает возможность ионного обмена (большие ионы иногда называют «обменными») и дегидратации (выделения воды). Каркасная структура цеолита построена из соединенных вершинами тетраэдров. Угловые положения в них занимают атомы кислорода, а центры заполнены так называемыми малыми атомами, или Т-атомами. В большинстве природных цеолитов Т-атомами являются алюминий (А1) и кремний (Si). Роль больших ионов в полостях выполняют одно- или двухзарядные катионы Na+, Са2+, К+, Mg2+, Ва2+.

К группе цеолитов относится большое количество минералов. Цеолиты выпускаются для применения в сельском хозяйстве, очистки воды и газов, как добавка в корм скоту, как наполнитель для кошачьих туалетов и посыпка для мест содержания животных: Многие компании выпускают цеолит как абсорбент аммония для аквариумных фильтров. Практически все пригодны для аквариума, если только это не натриевый цеолит! Если ионообменные участки цеолита заняты в основном калием [K] (калиевый цеолит) такой цеолит пригоден для выращивания растений. Если же обменные участки заняты натрием Na (натриевый цеолит), то такой цеолит использовать нельзя! Цеолиты сельскохозяйственного назначения всегда калиевые. Натриевый цеолит используется для очистки жидкостей и газов.

В природе встречается 48 видов цеолита и более 150 видов синтезировано искусственно. Важно, что свойства натурального цеолита не зависят от размера гранул. Его структура не меняется под воздействием давления, высоких температур, химического воздействия или времени. В отличие от искусственных цеолитов натуральный цеолит не распадается в слабокислой среде(как в субстрате с торфом). Все они отличаются друг от друга составом и имеют разные названия и свойства. Поэтому, если речь идет о каком-то конкретном виде цеолита, то уместнее будет использовать именно его название, а не общее определение группы.

Наибольшее значение (пока в основном промышленное) – имеют только 8 из известных цеолитов: анальцим, шабазит, клиноптилолит, эрионит, феррьерит, ломонтит, морденит и филлипсит. Наиболее типичная область их применения – очистка воды. Ионообменная способность цеолитов обеспечивает извлечение из очищаемой воды катионов различных металлов, а также ионов аммония. Кроме того, цеолиты обладают повышенной грязеемкостью, которая обусловлена большим межзерновым пространством при засыпке. Это обеспечивает очистку воды еще и от взвешенных грубодисперсных и коллоидных частиц.

С каким же из цеолитов мы имеем дело в аквариумистике? Большинство цеолитов, которые встречаются в продаже, добыты на Сокирницком месторождении (Украина). За Уралом и в Сибири чаще встречаются цеолиты Холинского месторождения (Бурятия). На их основе даже налажен выпуск бытовых фильтров для воды. В южных регионах иногда встречаются цеолиты месторождения Нор-Кохб (Армения). При этом в цеолитах всех перечисленных месторождений львиную долю составляет клиноптилолит Clinoptilolite. Клиноптилолиты являются особо ценной разновидностью цеолитов. Они широко распространены в природе и находят применение в сельском хозяйстве.

Цеолит – пористый природный минерал, содержащий до 70% клиноптилолита, а в качестве примесей – монтмориллонит, кварц, полевой шпат, опал, вулканическое стекло и т.д., с соотношением кремнезема к глинозему от 3,5 до 10,5 и содержит в среднем 60% двуокиси кремния. У клиноптилолита диаметр входных окон в полости равен 0,4 нм. И именно он определяют свойства смеси в целом. Клиноптилолит, прежде всего, является катионообменником. Поглощая одни катионы, он заменяет их на другие.

В зависимости от вида клиноптилолита обменными ионами могут быть Na+ или К+. Поэтому при использовании этого минерала в воде слегка увеличивается содержание Na+ и К+. Или обоих ионов сразу. Правда учесть этот процесс обычно не удается, так как неизвестны изначальный состав каждой партии цеолита и какие конкретно обменные ионы ей присущи. Ведь характер обменных ионов сильно меняется от партии к партии.

Использование цеолита в аквариумистике, прежде всего, связывается с его способностью очищать воду от аммиака и аммония. Подвижность катионов и их способность к ионному обмену определяет высокие сорбционные свойства цеолитов. В упрощенном виде это можно описать так: цеолит «забирает аммиак» и «обменивает его на соль». Однако, как показала практика, наши представления о способности цеолита бороться с аммиаком несколько преувеличены. В реальности не все виды цеолитов пригодны для этого. Общим в строении для всех минералов из группы цеолитов является наличие трехмерного кристаллического каркаса, образующего системы полостей и каналов, в которых расположены щелочные, щелочноземельные катионы и молекулы воды. Катионы и молекулы воды слабо связаны с каркасом и могут быть частично или полностью замещены путем ионного обмена и дегидрации, причем обратимо, без разрушения самого каркаса.

Обезвоженный цеолит представляет собой микропористую кристаллическую «губку», объем пор, в которой составляет до 50% объема его каркаса. Такая «губка» имеет в зависимости от вида цеолита диаметр пор от 0,3 до 1 нм. Цеолит каждого вида способен к эффективной абсорбции только молекул размеров «от» и «до». Размеры микропор определяют специфичную селективность свойств цеолитов как адсорбентов, ионообменников и молекулярных сит, и таким образом у одних видов цеолитов выражены одни свойства, у других – другие. Ионообменные свойства цеолитов обуславливаются также особенностями химического сродства ионов с кристаллической структурой цеолита. При этом, также как и при адсорбции молекул, необходимо соответствие размеров входных отверстий в цеолитовый каркас и замещающих ионов. Ионным обменом на цеолитах удается выделять ионы, извлечение которых другим методом подчас представляет большую сложность.

Прежде всего, хочется отметить выраженную избирательность клиноптилолита в отношении ионов NH4+. Его статическая емкость по этому элементу на практике составила 20 г/кг. Это несколько меньше, чем заявляемые производителем величины (обычно декларируют 25-30 г/кг). Дело в том, что обычно в технической документации приводят значения, измеренные в воде, не содержащей других катионов. В аквариумной же воде их множество, плюс довольно высокие концентрации растворимых и нерастворимых органических соединений. А это в свою очередь влияет на количество захватываемого аммония. Также количество поглощаемых ионов аммония снижается при высоком содержании в воде Са2+ и/или Mg2+, то есть в жесткой воде. Да и соленость негативно влияет на поглощение аммония клиноптилолитом. Тем не менее, поглощение больших количеств аммония является основным свойством, характеризующим клиноптилолит.

Наиболее эффективно клиноптилолит может применяться как наполнитель в биологическом фильтре для снижения высоких концентраций аммиака/аммония в воде. Также, типичным местом его применения будут транспортировочные емкости, перенаселенные аквариумы, стойки для продажи и передержки рыбы в зоомагазинах, где обычно поддерживается высокая плотность посадки рыб, а также выростные емкости с молодью, где применение цеолита поможет снизить интенсивность подмены воды (особенно у видов, чувствительных к этой процедуре и изменению состава воды). Также цеолит сослужит хорошую службу при предварительной подготовке воды в тех регионах, где она изначально имеет высокую концентрацию аммония. После пропускания через простейший цеолитовый фильтр вода готова к заливке в аквариум.

Ценные свойства цеолита ранее использовались только в канистровых фильтрах как поглотитель аммония/аммиака, теперь же он все чаще используется в субстратах для аквариума с растениями. Меняя состав ионообменных участков и путем зарядки участков заданными питательными веществами, цеолиты могут стать отличным субстратом для выращивания растений. В сочетании с медленно растворяющимися материалами (такими как синтетические и/или природные питательные анионы) эти усиленные питательными веществами материалы зеопоники снабжают корни растений дополнительными жизненно важными питательными катионами и анионами. Что самое важное, эти питательные вещества предоставляются медленно, в соответствии с потребностями корней растений. Цеолит насыщается питательными веществами, которые могут извлекаться только корнями растений. Поэтому перенасыщение удобрениями воды исключается.

Как это работает? В общем, это процесс, представляющий собой комбинацию растворения и ионообменных реакций. Абсорбция питательных веществ из почвенного раствора корнями растений запускает реакции растворения и обмена ионами, высвобождая питательные вещества по потребности. После этого цеолит перезаряжается дополнительно поступившими питательными веществами. В результате, система зеопоники усиливает удержание питательных веществ, уменьшает потери и уменьшает потребность вносить удобрения, создавая восполнимую и сбалансированную доставку питательных веществ в прикорневую зону. Благодаря своим свойствам цеолит является одной из лучших добавок в субстрат для аквариума с растениями, он может являться основной базой для нижнего слоя. Из-за своего цвета (темный серо-зеленый в мокром состоянии) цеолит не может служить основным субстратом верхних слоев. Цеолит обладает большими преимуществами перед глиной, сепиолитом, торфом и вермикулитом – он физически стабилен и удобнее в применении.

Цеолит очень недорого можно приобрести в магазинах для садоводов и получить тот же CEC что и от дорогих и полностью анаэробных и одноразовых добавок из глины. Если Вам недоступны кальцинированные глины, можно сделать нижний слой, из обычного гравия добавив 10-20% цеолита. Цеолит нужно применять умеренно. Они должны занимать не более 20% от общего объема. Этого вполне достаточно чтобы удерживать до 80% образованного в грунте аммония NH4+. Внимание следует обращать и на размер зерна. Так как корни растений получают питательные вещества при непосредственном контакте корневых волосков с субстратом, нужно брать фракцию 2-5мм.

Получить цеолит заряженный азотом и фосфором можно дома на кухне. Перед закладкой в аквариум цеолит, как и любой другой материал с высоким CEC, можно зарядить питательными веществами путем погружения на 24 часа в концентрированные растворы NH4+, NO3, PO4, K и пр. Это дает отличный рост растений сразу после запуска аквариума, и позволяет первые три месяца не вносить в воду макроэлементы кроме калия, что уменьшает рост водорослей в случае дисбаланса. Рекомендуется заряжать цеолит аммонием NH4+, добавляя ~250 гр. мочевины на 45кг. грунта.

Бытует мнение, что цеолит очень хорошо проявляет себя в качестве грунта в растительных аквариумах. Применять можно как чистую породу, так и ее смесь с обычным гравием. Действительно цеолит способен накапливать в своих порах такие необходимые растениям вещества, как аммоний, железо, марганец, калий и др. И располагаться они будут в непосредственной близости от корней. При этом клиноптилолит поддерживает эти элементы в нужном ионном состоянии, как бы «консервирует» их в своих порах и тем самым предохраняет от окисления. Такой грунт обычно имеет слабокислую реакцию. Цеолитовый грунт как раз будет удерживать большие количества аммония. Также на руку сыграет его высокая емкость обмена катионами.

Клиноптилолит несколько умягчает и подкисляет воду. При этом поглощаются аммоний и железо. Поэтому нет смысла лить в аквариум с цеолитовым фильтром железосодержащие удобрения. Однако, помимо аммония, этот минерал способен еще поглощать такие важные ионы, как медь, кальций, магний, железо и марганец. Причем максимальное поглощение Fe2+ и Мп2+ наблюдается в диапазоне значений рН от 6,0 до 9,0. Это делает весьма сомнительным применение клиноптилолита в растительных аквариумах с дозированной подачей удобрений. Ведь основными микроэлементами там как раз являются Fe2+ и Мп2+. Но они будут поглощаться минералом и не достанутся растениям. При этом, наличие цеолита совершенно не влияет на такие параметры, как содержание нитритных, нитратных, фосфатных анионов. Клинопилолит не является хорошим субстратом для поселения бактерий. Бактерии осваивают его поверхность и могут перерабатывать сорбированный в порах цеолита NH4+, но сами поры для них недоступны.

При практическом применении было замечено еще одно полезное свойство клиноптилолита. Он способен удалять из воды лекарственные препараты. Понятно, что цеолит хорошо справится и с медьсодержащими медикаментами. Однако оказалось, что и другие средства фармацевтики ему по плечу – метиленовый синий, трипафлавин, малахитовый зеленый.

В завершение давайте обобщим все сказанное и попытаемся все-таки ответить на вопрос, нужен ли нам цеолит. Мне кажется, что каждый аквариумист должен решить это для себя сам в зависимости от задач, которые он перед собой ставит. Мы видим, что цеолит будет хорошим помощником в декоративных водоемах с высокой плотностью рыбьего населения, в емкостях для транспортировки, карантинирования и передержки рыбы. Полезен он и в выростных аквариумах.

Также этот природный ионообменник пригодится, когда нужно удалить из воды фармацевтические препараты по окончании лечения рыб. В регионах с высокой концентрацией аммония в водопроводной воде, на выручку аквариумисту опять же придет цеолитовый фильтр. Однако как наполнитель для биофильтра цеолит уступает многим современным высокопористым материалам ввиду очень малого диаметра пор. В растительном аквариуме от цеолита тоже будет мало пользы, разве что в качестве добавки в грунт. Поэтому думайте, экспериментируйте и решайте.

Отработанный цеолит можно восстановить вымачиванием в течение суток в 10-15% растворе поваренной соли и последующей промывкой в проточной воде. Но при этом следует иметь в виду, что при использовании соли получается натриевый цеолит, который соответственно в дальнейшем будет замещать Ca++ и Mg++ на Na+, хотя если цеолит не для аквариума с растениями, то это не сильно проблематично.