Synteza filipsytu z popiołów lotnych oraz jego potencjalne zastosowanie w inżynierii środowiska

• Autorzy: Cader J. , Czarna D. , Kunecki P. , Panek R. , Madej J , Lipiec P. , Wdowin M. , Franus W.

Warianty tytułu

EN

The synthesis of phillipsite from fly ash and its potential application in environmental engineering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zbadano możliwość wykorzystania popiołów lotnych klasy C (otrzymywanych w wyniku spalania węgla brunatnego w kotle pyłowym) i F (otrzymywanych w wyniku spalania węgla kamiennego metodą konwencjonalną) jako substratów do syntezy materiału zeolitowego z grupy filipsytu. W tym celu przeprowadzono szereg syntez hydrotermalnych z wykorzystaniem reagentów takich jak wodorotlenek sodu (NaOH) oraz bromek tetrapropyloamoniowy (TPABr). W wyniku reakcji otrzymano docelowy materiał zeolitowy, zarówno z popiołu klasy C, jak i F. Otrzymane produkty syntezy, jak też popiołowe substraty reakcji, poddano charakterystyce chemicznej i mineralogicznej. Badania wykazały, że popiół lotny powstały z węgla brunatnego i kamiennego może być substratem w reakcjach syntez zeolitu, jakim jest filipsyt. Analiza porównawcza dyfraktogramów rentgenowskich produktów z obu typów popiołów wykazała, że lepszym substratem jest popiół klasy C otrzymywany w wyniku spalania węgla brunatnego w kotle pyłowym (w reakcji syntezy otrzymano lepiej wykształcone formy zeolitowe). W pracy dokonano także analizy literaturowej potencjalnych kierunków zastosowania filipsytu w inżynierii i ochronie środowiska. Na podstawie zweryfikowanych danych stwierdzono, iż dalszym kierunkiem badań będzie analiza możliwości wykorzystania otrzymanych materiałów jako potencjalnych sorbentów amoniaku.

EN

The study examined the possibility of using class C fly ash (obtained as a result of brown coal combustion in a pulverized-fuel boiler) and class F (obtained as a result of conventional coal combustion) as substrates for the synthesis of zeolitic material from the phillipsite group. For this purpose, a series of hydrothermal syntheses were carried out using reagents such as sodium hydroxide (NaOH) and tetrapropylammonium bromide (TPABr). As a result of the reaction, the target zeolite material was obtained from both class C and F fly ash. The obtained synthesis products as well as the ash reaction substrates were subjected to chemical and mineralogical characterization. The studies have shown that fly ash formed from brown coal and hard coal may be a substrate in zeolite synthesis reactions to obtain phillipsite. A comparative analysis of X-ray diffractograms of products from both types of ash showed that class C ash obtained as a result of brown coal combustion in a pulverized-fuel boiler is a better substrate (in the synthesis reaction better-formed zeolites were obtained). The article also includes a literature analysis on the potential applications of phillipsite in engineering and environmental protection. Based on the verified data, it was found that the further direction of the research will be the analysis of the possibilities of using the obtained materials as potential ammonia sorbents.

Słowa kluczowe

PL

popiół lotny; filipsyt; synteza hydrotermalna; XRD; XRF

EN

fly ash; phillipsite; hydrothermal synthesis; XRD; XRF

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 102
• Strony: 171--183
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Cader J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Czarna D.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Kunecki P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Panek R.

• Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska, Lublin

autor

Madej J

• Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska, Lublin

autor

Lipiec P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Wdowin M.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Franus W.

• Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska, Lublin

Bibliografia

• 1. Adabbo i in. 1999 – Adabbo, M., Caputo, D., Gennaro, B., Pansini, M. i Colella, C. 1999. Ion exchange selectivity of phillipsite for Cs and Sr as a function of framework composition. Microporous and Mesoporous Materials t. 28, s. 315–324.
• 2. Al-Asheh i in. 2010 – Al-Asheh, S., Banat, F. i Lattieff, F. 2010. Sorptive storage of natural gas onto dry and wet phillipsite: Study of dynamics, storage and delivery. Applied Thermal Engineering t. 30, s. 2257–2263.
• 3. Baerlocher i in. 2007 – Baerlocher, Ch., McCusker, L.B. i Olson, D.H. 2007. Atlas of zeolites framework. Wyd. 6. Elsevier.
• 4. Bandura i in. 2015 – Bandura, L., Franus, M., Józefaciuk, G. i Franus, W. 2015. Synthetic zeolites from fly ash as effective mineral sorbents for land-based petroleum spills cleanup. Fuel t. 147, s. 100–107.
• 5. Bandura i in. 2016 – Bandura, L., Panek, R., Rotko, M. i Franus, W. 2016. Synthetic zeolites form fly ash for an effective trapping of BTX in gas stream. Microporous & Mesoporous Materials t. 223, s. 1–9.
• 6. Bolewski, A., 1982. Mineralogia szczegółowa. Warszawa: Wyd. Geologiczne.
• 7. Breck, D.W. 1974. Zeolite Molecular Sieves, John Wiley & Sons, New York-London-Sydney-Toronto.
• 8.Ciambelli i in. 1985 – Ciambelli, P., Corbo, P., Liberti, L., Lopez, A. i Porcelli, C. 1985. Ammonia removal fro m municipal water by phillipsite. [W:] B. Držaj B.,S. Hocevar S., Pejovnik S. (red.), Zeolites: Synthesis, Structure, Technology and Application. Studies in Surface Science and Catalysis, Elsevier t. 24, s. 539–546.
• 9. Dogliotti i in. 2012 – Dogliotti, G., Malavazos, A., Giacometti, S., Solimene, U., Fanelli, M., Corsi, M. i Dozio, E. 2012. Natural zeolites chabazite/phillipsite/analcime increase blood levels of antioxidant enzymes. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition t. 50, wyd. 3, s. 195–198.
• 10. Franus, W. i Wdowin, M. 2010. Removal of ammonium ions by selected natural and synthetic zeolites. Mineral Resource Management t. 26, s. 133–148.
• 11. Fukui i in. 2009 – Fukui, K., Katoh, M., Yamamoto, T. i Yoshida, H. 2009. Utilization of NaCl for phillipsite synthesis from fly ash by hydrothermal treatment with microwave heating. Advanced Powder Technology t. 20, s. 35–40.
• 12. García i in. 1992 – García, J., González, M. i Cáceres, J. 1992. Structural modifications in phillipsite-rich tuff induced by thermal treatment. Zeolites t. 12, wyd. 6, s. 664–669.
• 13. Handke, M. 2008. Krystalochemia krzemianów. Kraków: Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH.
• 14. Holtzer, M. i Grabowska, B. 2010. Podstawy ochrony środowiska z elementami zarządzania środowiskowego. Kraków: Wyd. AGH.
• 15. Kundziewicz, Z. 2011. Zmiany klimatu, ich przyczyny i skutki – obserwacje i projekcje. Landform Analysis t. 15, s. 39–49.
• 16. Kunecki i in. 2017 – Kunecki, P., Panek, R., Wdowin, M., Franus, W., Kunecki, i in. 2017. Synthesis of faujasite (FAU) and tschernichite (LTA) type zeolites as a potential direction of the development of lime Class C fly ash. International Journal of Mineral Processing t. 166, s. 69–78.
• 17. Man, P. i Choi, J. 1995. Synthesis of phillipsite from fly ash. Clay Science t. 9, s. 219–229.
• 18. Manecki, A. i Muszyński, M. red. 2008. Przewodnik do petrografii. Kraków: Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH.
• 19. Mazur, M. 2004. Systemy ochrony powietrza. Kraków: Wyd. AGH.
• 20. Merrikhpour, H. i Jalali, M. 2013. Comparative and competitive adsorption of cadmium, copper, nickel, and lead ions by Iranian natural zeolite. Clean Technology and Environmental Policy t. 15, s. 303–316.
• 21. Mozgawa i in. 2011 – Mozgawa, W., Król, M. i Barczyk, K. 2011. FT-IR studies of zeolites from different structural groups. Chemik t. 65, nr 7, s. 667–674.
• 22. Mumpton, F. 1999. La roca magica: Uses of natural zeolites in agriculture and industry. Proceedings of the National Academy of Sciences USA t. 96, s. 3463–3470.
• 23. Pansini i in. 1991 – Pansini, M., Colella, C. i Gennaro, M. 1991. Chromium removal from water by ion exchange using zeolite. Desalination t. 83, s. 145–157.
• 24. Pansini, M. 1996. Natural zeolites as cation exchangers for environmental protection. Mineral. Deposita t. 31, s. 563–575.
• 25. Payra, P. i Dutta, P.K. 2003. Zeolites: a Primer. [W:] Auerbach S.M., Carrado K.A., Dutta P.K., red., Handbook of Zeolite Science and Technology, Marcell Dekker, New York, s. 1–19.
• 26. Pichór i in. 2014 – Pichór, W., Mozgawa, W., Król, M. i Adamczyk, A. 2014. Synthesis of the zeolites on the lightweight aluminosilicate filters. Materials Research Bulletin t. 49, s. 210–215.
• 27. Sarbak, Z., 2000. Adsorpcja i adsorbenty. Teoria i zastosowanie. Poznań: Wyd. UAM.
• 28. Sitarz i in. 1997 – Sitarz, M., Mozgawa, W. i Handke, M. 1997. Vibrational spectra of complex ring silicate anions – method of recognition. Journal of Molecular Structure t. 404, s. 193–197.
• 29. Stonecipher, S. 1976. Origin, distribution and diagenesis of phillipsite and clinoptilolite in deep-sea sediments. Chemical Geology t. 17, s. 307–318.
• 30. Tanaka i in. 2006 – Tanaka, H., Eguchi, H., Fujimoto, S. i Hino, R. 2006. Two-step process for synthesis of a single phase Na–A zeolite from coal fly ash by dialysis. Fuel t. 85, s. 1329–1334.
• 31. Wdowin i in. 2012 – Wdowin, M., Franus, W. i Panek, R. 2012. Preliminary results of usage possibilities of carbonate and zeolitic sorbents in CO2 capture. Fresenius Environmental Bulletin t. 21, s. 3726–34.
• 32. Wdowin i in. 2014 – Wdowin, M., Wiatros-Motyka, M.M., Panek, R., Stevens, I.A., Franus, W. i Snape, C.E. 2014. Experimental study of mercury removal from exhaust gases. Fuel t. 128, s. 451–457.
• 33. Wdowin, M. 2015. Zastosowanie zeolitów do separacji CO2 i Hg z gazów odlotowych w procesach wychwytywania i składowania ditlenku węgla. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Lublin, t. 120.
• 34. Woszuk, A. i Franus, W. 2016. Properties of the Warm Mix Asphalt involving clinoptilolite and Na-P1 zeolite additives. Construction and Building Materials t. 114, s. 556–563.
• 35. Żygadło, M. i Woźniak, M. 2009. Obserwacje zmian właściwości popiołów powęglowych w procesach wietrzeniowych. Energetyka nr 11, s. 771–775.0
• Źródła internetowe:
• 36. Anthony i in. red. 2001 – Anthony J., Bideaux R., Bladh K., Nichols M. red. 2001. Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, Chantilly, VA 20151-1110, USA. [Online] Dostępne w: www.handbookofmineralogy. org [Dostęp: 1.10.2017].
• 37. EIA Report 2017 [Online] Dostępne w: www.eia.gov [Dostęp: 1.11.2017].
• 38. [Online] Dostępne w: www.iza-online.org [Dostęp: 1.10.2017]. 39. Rocznik Statystyczny GUS 2016 [Online] Dostępne w:
• stat.gov.pl [Dostęp: 1.11.2017].
• 40. Mały Rocznik Statystyczny Polski. GUS 2017 [Online] Dostępne w stat.gov.pl [Dostęp: 12.07.2017].
• 41. The Coal Resource [Online] Dostępne w: www.worldcoal.org [Dostęp: 3.11.2017].

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018). .