علاوه بر خاک‌های رسی ساده‌تر که در صنایع خوراک‌سازی و برای چسباندن پلت و نرم کردن مواد بکار میروند، دو دسته اصلی از خاکهای رسی شامل بنتونیت و زئولیت در دامپروری بکار میروند. این مواد دارای خاصیت تبادل یونی و ظرفیت جذب و دفع آب هستند و لذا برای کاهش رطوبت سالن، کاهش گازهای مضر سالن و حذف سموم قارچی (به ویژه آفلاتوکسین) مواد غذایی از روده حیوان و امثال آن بکار میروند. سطح مصرف هر یک ازآنها متفاوت و نحوه عمل آنها نیز بسته به ترکیب سموم قارچی و نوع باندهای در دسترس آنها و شایستگی آنها برای باندشدن با خاک های رسی متفاوت است و همواره نتایج یکسانی در بر ندارد. در برخی شرایط خاکهای رسی موجب کاهش دیگر مواد مغذی و افزودنی‌های دیگری از قبیل موننزین و سالینومایسین میشوند. این گونه روابط بسیار پیچیده ‌است. در ادامه خصوصیات شیمیایی و خواص کاربردی این دو خاک رسی به طور مختصر بیان شده است.

 

سیلیکون یک عنصر چهار وجهی شبیه کربن است که با اکسیژن ارتباط‌های ۴ وجهی برقرار میکند و درجات متفاوتی از پلی‌مر شدن را از خود به نمایش میگذارد. قسمت عمده سنگهای پوسته زمین و ماه از سنگ‌‌های سیلیکاته است. رس‌ها در واقع سیلیکات‌های آلومینیوم آبدار و دارای لایه‌های ۸ وجهی یا ۴ وجهی هستند که در کنار هم قرار گرفته و بسته به تعداد این لایه‌ها در ساختمان آنها تولید رس‌های ۱:۱ و ۱:۲ می‌کنند. رسهای ۱:۱ (کائولینیت یا خاک چینی) از نظر الکتریکی خنثی هستند.

در شماره پیشین مجله اطلاعات مختصری در مرود این خاک‌های رسی ساده ارائه شد. در ساختمان رس‌های پیچیده‌تر، نحوه قرار گرفتن دو لایه ۴ وجهی در طرفین لایه ۸ وجهی موجب توسعه ساختار رسی ۱:۲ میشود. ترکیب شیمیایی ورقه‌ها، مقدار بار الکتریکی و در نتیجه ظرفیت تبادل کاتیونی و وجود خلل و فرج موجود در ساختمان‌ رس‌های ۱:۲ سرچشمه بروز خواص متعددی است که در زمینه این گونه خاک‌های رسی در صنعت و کشاورزی می‌شناسیم. بعلاوه میزان جایگزینی آهن و منیزیم به جای آلومینیم و نیز جایگزینی عناصر قلیایی و قلیایی خاکی در ساختمان آنها، تغییر و تنوعات ساختمانی و خواص شیمیایی پیچیده‌تر و گسترده‌تری به آنها میدهد.

بنتونیت (مونتموریلونیت)

مونتموریلونیت یک رس کریستالی از خانواده رس‌های اسمکتیت و دارای دو لایه ۴ وجهی و یک لایه ۸ وجهی است که حالت صفحه‌ای با قطر تقریبی یک میکرومتر بخود می‌گیرد. مونتموریلونیت در واقع ترکیب اصلی خاک‌های هوادهی‌شده آتشفشانی با نام عمومی «بنتونیت» است. در عالم طبیعت به ندرت خاک یک دست و خالصی از یک ماده شیمیایی وجود دارد. بنابراین در هیچ نقطه‌ای از جهان نمیتوان مونتموریلونیت خالص تهیه کرد.

خاکهای بنتونیت (سفید مایل به خاکستری یا سبز) نقاط مختلف جغرافیایی دارای ناخالصی‌های متفاوتی است‌ ولی ساختار اصلی آنها از مونتموریلونیت است. بنتونیت‌ها را بر اساس عنصر غالب ساختمان‌شان (از قبیل پتاسیم، سدیم، کلسیم و آلومینیم) نامگذاری میکنند ولی در سطح صنعتی دو نوع کلسیم و سدیمی آن مشهور است و استفاده صنعتی دارد. بنتونیت سدیم (تورمی) که در صنایع حفاری بکار میرود، یون سدیم در آن به عنوان کاتیون تبادلی عمل میکند و تا ۲۰ برابر خود آب میگیرد و میتوان از آنها ایجاد سول (پودر معلق) یا ژل (برای تهیه پماد) کرد. بنتونیت کلسیم (غیر تورمی) که در صنایع جذبی به ویژه در محیط‌های مایع (حتی روغن) بکار میرود. تحت شرایطی میتوان بنتونیت کلسیم را در نتیجه تبادل یونی به بنتونیت سدیم تبدیل کرد. برای این کار یک محلول نمک سدیم بیکربنات را در حد ۵ تا ۱۰ درصد به بنتونیت اضافه میکنند و بخوبی به هم میزنند و فرصت تبادل یونی به آنها می‌دهند تا کلسیم آن خارج شود.

مونتموریلونیت دارای ساختمان شیمیایی به صورت Na0.2Ca0.1Al2Si4O10(OH)2(H2O)10 است (تصویر شماره ۱) و برای اولین بار در مونموریلون فرانسه نامگذاری شد. جایگزینی Al3+ به جای Si4+ در لایه‌های چهار وجهی و جایگزینی Mg2+ و Zn2+ در لایه‌های هشت‌وجهی موجب ایجاد یک بار منفی خالص در سطح خاک می‌شود. این عدم توازن بار الکتریکی توسط کاتیون‌های داخلی (عمدتاً Na+ و Ca2+) خنثی و جبران شده و در نتیجه مونتموریلونیت خاصیت فیزیکوشیمیایی خاصی از قبیل سطح تماس زیاد، قدرت جاذبه فراوان، پایداری ساختمانی بالا، اینرسی شیمیایی و ظرفیت قوی برای ایجاد سوسپانسیون در غلظت‌های پایین پیدا میکند. استفاده از مونتموریلونیت در جیره غذایی حیوانات موجب افزایش وزن و کارایی تبدیل غذایی و کاهش بار میکروبی روده و کاهش اثرات نامناسب مایکوتاکسین‌ها میگردد. از طرفی مونتموریلونیت حامی و محافظ غشاء روده است به طوری که به باکتری‌های پاتوژن چسبیده و آنها را به صورت انتخابی دفع میکند.

همچنین مونتموریلونیت موجب تقویت و استحکام سد مخاطی روده‌ها شده و بازتولید اپیتلیوم روده را تقویت میکند. در انسان از این رس برای مقابله با اسهال استفاده میکنند. ملاحظه میشودکه در کنار عناصر اصلی سیلیسیم و آلومینیوم که شبکه اصلی لایه‌دار این نوع رس را می‌سازد دو عنصر دیگر کلسیم و سدیم نیز دیده می‌شود. ممکن است عناصر پتاسیم، آهن و دیگر کاتیونها نیز در آن وجود داشته باشد. در شرایط مصنوعی و کارگاهی امروز، به جای عناصر طبیعی مونموریلونیت‌ها، از عناصر خاصی همچون مس استفاده میکنند و آنها را برای اهداف خاصی از قبیل مقابله با باکتری‌های اشرشیا، سالمونلا و یا کلستریدیوم بکار می‌برند. بنابراین چه بسا در صنایع خاکهای رسی، با نام‌هایی از قبیل مونتموریلونیت کلسیم، سدیم، مس و امثال آن مواجه شویم که هر یک دارای رفتار و خاص متفاوتی هستند.

خواص

استفاده از خاکهای رسی در صنایع خوراک‌‌سازی دام و طیور تازه نیست. کائولین، بنتونیت و زئولیت از جمله خاک‌های رسی هستند که به صورت افزودنی (۱ تا ۲ درصد) و به عنوان نرم‌کننده و چسباننده، برای ساخت جیره‌های پلت استفاده میشد. بعدها متوجه شدندکه افزودن خاکهای رسی به جیره غذایی علاوه بر ایجاد خاصیت پلت شدن و مزایای ناشی از آن، خود دارای اثرات مفیدی بر عملکرد حیوان داشته و در برخی موارد اثر یدکی برخی مواد معدنی را در جیره‌های کمبود این عناصر بازی میکرده است. مکمل‌های رسی علاوه بر این اثر جزئی مبنی بر تأمین مواد مغذی دارای مزایای دیگری نیز هستند. از جمله مصرف ۱ تا ۵ درصدآنها موجب افزایش کارایی انرژی جیره طیور شده و سرعت عبور مواد غذایی از کانال روده را کاهش میدهند قابلیت هضم مواد مغذی و فعالیتهای آ‌نزیمی ترشحات دستگاه گوارش میشود.

مونتموریلونیت به عنوان لجن چسبنده در صنعت حفاری، افزودنی خاک‌های مستعد خشکی و ماده ساخت سدها و آبگیرهای خاکی برای جلوگیری از نشت آنها بکار می‌رود. در طب و داروسازی نیز کاربرد دارد. مداوای سندروم تحریک گوارشی و مقابله با مسمومیت آفلاتوکسینی، درمان یبوست، کاهش جذب کلسترول، مقابله با جذب فلزات سنگین، سموم و مواد شیمیایی خطرناک از جمله کاربردهای آن است. مونتموریلونیت دارای خاصیت ضدباکتری است. برای پایدار کردن امولسیون‌های دارویی و سوسپانسیون ها و ایجاد خاصیت چسبیدن به پوست و قرص‌سازی و یا به عنوان کاریر و یا بخشی از یک سیستم رهاسازی تدریجی دارو بکار میرود.

بنتونیت دارای ظرفیت جذب آب بالایی است و لذا برای کنترل و کاهش میزان رطوبت بستر مرغداری‌ها (در تابستان و زمستان) استفاده می‌شود. بعلاوه استفاده از آن در مرغ تخمگذار موجب افزایش وزن بدن،‌ اندازه تخم و طول دوره حیات مرغ‌ها شد حتی اگر میزان دریافت انرژی آنها در مقایسه با گروه شاهد کمتر بود. بعلاوه برای مقابله و کاهش شدت مسمومیت آفلاتوکسینی و دیگر مایکوتاکسین‌ها در طیور و خوک بکار رفته و گاه اوقات در شرایط آزمایشگاهی نیز موجب کاهش این نوع مسمومیت شده است. البته ممکن است در کنار جذب و دفع این مواد، سایر مواد مغذی از قبیل ویتامین‌ها (ویتامین A در جوجه‌) و مواد معدنی (در خوک) را نیز دفع کند.

بنتونیت سدیم یک ترکیب شیمیایی بی ضرر و خنثی و یک باندکننده قوی آفلاتوکسین است و بین آنها یک کمپلکس پایدار و ثابت و نامحلول ایجاد می‌شود و این سم را از دسترس دستگاه گوارش خارج می‌سازد. البته وجود توأم آفلاتوکسین و فومونیسین در دستگاه گوارش اثرات متفاوتی دارد و ممکن است بنتونیت یا زئولیت به خنثی کردن آنها مبادرت نکند. توانایی جذب سموم این خاکها در نواحی مختلف جغرافیایی فرق میکند کمااینکه pH محتویات دستگاه گوارش به ویژه سنگدان بر ساختار لایه‌بندی آنها اثر گذاشته و خواص جاذبیت آنها را تحت تأثیر قرار میدهد.

زئولیت (کلینوپتیلولیت)

زئولیت یا «سنگ جوشان» برای اولین بار در سال ۱۷۵۶ در سوئد کشف شد زیرا وقتی دمای آن به ۲۰۰ درجه می‌رسید به جوش می‌آمد. ابتدا فکر میکردند زئولیت نوعی سنگ آتشفشانی است ولی بعدها متوجه شدند حدود ۵۰ نوع طبیعی و با ساختارهایمتفاوت ومنحصر بفرد آن در نقاط مختلف کره زمین وجود دارد و میتوان آن را به صورت مصنوعی نیز ساخت. زئولیت از جمله تکتوآلومینوسیلیکاتهای کریستالی آبدار و دارای خاصیت تبادل یونی است. معتبرترین زئولیت شناخته شده طبیعی، «کلینوپتیلولیت» است که به دلیل پایداری ساختمانی آن در شرایط گرمای بالا و شرایط اسیدی، در مطالعات دامپروری مورد استفاده قرار میگیرد و به ویژه برای آمونیاک و یوون پتاسیم جاذبه فراوانی دارد. زئولیت دارای کانالهای بزرگی در ساختار خود می‌باشد که مولکولهای آب و کاتیون‌های قلیایی به نرمی به آنها متصل شده‌اند. این آب زئولیتی در کنار کاتیون‌های مورد اشاره به صورتی انتخابی، مولکولهای گاز و بخار را جذب کرده و نیز مولکولهای آب را جذب یا رها میکند و بدون اینکه ساختار آن تغییر کند، بر اساس خاصیت انتخابی که دارد کاتیون‌ها را به جای یکدیگر تعویض میکند. هر زئولیت دارای ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی خاصی بوده و در نتیجه خواص جذبی متفاوتی دارد. سوراخ ها یا حفرات داخلی زئولیت دارای قطر ۱۲ آنگستروم است که از طریق کانالهای با قطر ۸ آنگستروم به هم متصل می‌شوند. بسته به نوع ماده معدنی حفرات به هم ربط پیدا کرده و کانال‌های عریضی با اندازه‌های متفاوت ایجاد میکنند (تصویر ۲). این کانالها امکان حرکت یون‌ها و مولکول‌های مختلف را به آن میدهد. به طورکلی زئولیت دارای دو خاصیت اساسی است که در دامپروری بکار میرود. اول اینکه قادر به از دست دادن و گرفتن مجدد آب است و دوم اینکه به صورتی انتخابی انواع کاتیون‌ها را در درون ساختمان خود تبادل می‌کند بدون اینکه تغییر عمده‌ای در ساختار آن ایجاد شود. برای مثال کاتیونهای کلسیم قابل تبادل با دیگر کاتیون‌ها از قبیل یون آمونیوم، منیزیم و سدیم و پتاسیم است.

زئولیت‌ها دارای خاصیت آمفوتری (دوگانه) هستند و هم در اسید و هم در قلیا حل میشوند ولی در محدوده pH طبیعی این قابلیت حل اندک است. ممکن است در شرایط روده مرغ‌ها، مقداری از آلومینیوم و روی موجود در زئولیت به خون مرغها وارد شود و اثرات مثبتی بر کیفیت پوسته تخم و توسعه استخوان مرغها به جا بگذارد.

خواص

زئولیت وظایف متعددی از قبیل تبادل یونی، ‌فیلتر کردن، ‌حذف بو، غربال شیمیایی، ‌نرم‌کننده آب و جذب گاز دارد و در انواع صنایع بکار میرود. زئولیت به ویژه شکل خالص‌تر آن کلینوپتیلولیت به دلیل ویژگی تبادل یونی تمایل زیادی به گازهای سمی موجود در هوا و آب به ویژه میل ترکیبی زیادی برای گاز آمونیاک دارد و لذا در فیلترهای تصفیه آب از ‌آن استفاده میشود، برای اصلاح خاک کشاورزی مصرف میگردد تا مواد مغذی خاک را حفظ کند و در اختیار ریشه گیاه قرار دهد و برای کاهش نیتروژن و فسفر کود و به حداقل رساندن اثرات منفی بو و کاهش میزان گاز‌هایی از قبیل آمونیاک و سولفید هیدروژن در دامپروری‌ها بکار میرود. زئولیت تا حدود ۶۰ درصد وزن خود آب میگیرد. آبها از حفرات زئولیت تبخیر شده و مجدداً جذب میگردد بدون اینکه به ساختار آن لطمه وارد کند بنابراین به عنوان یک منبع آب ذخیره در طول دوره خشکسالی بکار میرود.

زئولیت دارای بار منفی است و به عنوان دامی برای کاتیونهای مثبت سدیم، پتاسیم و کلسیم و گروه‌های با بار مثبت مثل آب و آمونیاک عمل میکند. کربنات‌ها و نیترات‌ها نیز به ساختار منفی زئولیت‌ها جذب میشوند بنابراین کاتیون‌های قلیایی و قلیایی خاکی به یکسان جذب آن میشوند. کاتیونهای جذب شده متحرک هستند زیرا با اتصال ضعیفی به زئولیت باند میگردند. میتوان با استفاده از روشهای تبادل یونی به راحتی و به اختیار آنها را جایگزین کرد. به همین دلیل زئولیت‌ها اساساّ تبادل‌کننده‌های یونی مناسبی تلقی می‌شوند. زئولیت نیز همچون بنتونیت دارای خاصیت جذب آفلاتوکسین و کاهش غلظت آن در کبد است. کلینوپتیلولیت در سطح ۵ درصد جیره مرغ تخمگذار موجب افزایش تولید تخم، ‌پایداری و استحکام پوسته و افزایش کارایی تبدیل غذایی شد ولی بر زمان شروع تخمگذاری و وزن تخم اثری نداشت. زئولیت در جیره‌های حاوی کلسترول بالا موجب کاهش کلسترول خون شد.

زئولیت خاصیت جذب آمونیاک نیز دارد و می‌توان از آن در جیره غذایی استفاده کرد ویا مستقیماً بر روی بستر نگهداری مرغها ریخت تا تراکم این گاز را در سالن کاهش دهد.