New directions for the use of spent catalysts as sorbents for removing impurities from liquids

• Autorzy: Niemczyk-Wojdyla Anna , Zawisz Rafał , Fornalczyk Agnieszka , Willner Joanna , Sobianowska-Turek Agnieszka , Velgosova Oksana

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2023.9.5

Warianty tytułu

PL

Nowe kierunki zastosowania zużytych katalizatorów jako sorbentów do usuwania zanieczyszczeń z cieczy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Current approaches to recycling spent car catalysts are primarily focused on effectively recovering platinum group metals (PGMs), which are crucial raw materials for the economy. However, PGMs constitute only a small fraction of the total weight of the waste catalysts. The main component, both in terms of mass and volume, is the monolithic ceramic or metallic carrier. The residues left after the pyrometallurgical or hydrometallurgical recovery of platinum metals generate waste that burdens the natural environment when stored. Hence, there is a need for a balanced approach to the processing of used car catalysts, taking into consideration the effective recovery and management of other components besides the platinum group. Cordierite, the predominant and widely used ceramic material in car catalytic converters, is notable for its exceptional chemical resistance and high-temperature durability during processing. It is also a low-porous material with a relatively small specific surface area, distinguishing it from conventional adsorbents, which usually possess highly developed specific surface areas and high porosity. This article presents preliminary studies that support the potential use of ceramic carriers derived from spent car catalysts as a novel material with sorption properties. Such an approach serves as an environmentally friendly alternative for the effective management of car catalyst waste and maximizes the added value derived from the recycling process, aligning with the principles of the Circular Economy.

PL

Obecne podejścia do recyklingu zużytych katalizatorów samochodowych skupiają się na efektywnym odzysku platynowców, które są surowcem o kluczowym znaczeniu dla gospodarki. Jednakże, platynowce stanowią jedynie niewielki procent całkowitej masy odpadowego katalizatora. Głównym składnikiem masy i objętości takich odpadów jest monolityczny nośnik ceramiczny lub metaliczny. Pozostałości masy katalitycznej po procesach pirometalurgicznego lub hydrometalurgicznego odzysku platynowców generują odpady, które obciążają środowisko naturalne w kontekście ich składowania. W związku z tym, istnieje potrzeba zrównoważonego podejścia do przetwarzania zużytych katalizatorów samochodowych, które uwzględnia efektywny odzysk i zagospodarowanie pozostałych komponentów poza platynowcami. Kordieryt, jako główny i powszechnie stosowany materiał ceramiczny w katalizatorach samochodowych, wyróżnia się wyjątkową odpornością chemiczną i wysoką wytrzymałością temperaturową podczas procesów przetwarzania. Jest również nisko porowatym materiałem o mało rozwiniętej powierzchni właściwej, co odróżnia go od klasycznych adsorbentów, które zazwyczaj posiadają silnie rozwiniętą powierzchnię właściwą i są silnie porowate. W niniejszym artykule przedstawiono wstępne badania, które uzasadniają możliwość wykorzystania ceramicznych nośników pochodzących z zużytych katalizatorów samochodowych jako nowego materiału o właściwościach sorpcyjnych. Takie rozwiązanie stanowi przyjazną dla środowiska alternatywę w kontekście efektywnego zagospodarowania odpadowego katalizatora samochodowego oraz maksymalizacji wartości dodanej z procesu recyklingu, wpisując się w założenia Gospodarki Obiegu Zamkniętego.

Słowa kluczowe

EN

recycling of spent catalysts; sorbents; removal of impurities from liquids; circular economy

PL

recykling zużytych katalizatorów; sorbenty; usuwanie zanieczyszczeń z cieczy; gospodarka obiegu zamkniętego

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 9
• Strony: 26--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niemczyk-Wojdyla Anna

• Ad Moto Rafal Zawisz, Aleja Rozdzienskiego 188B, 40-203 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8568-7478

autor

Zawisz Rafał

• Ad Moto Rafal Zawisz, Aleja Rozdzienskiego 188B, 40-203 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1123-5476

autor

Fornalczyk Agnieszka

• Faculty of Material Engineering, Silesian University of Technology, 2A Akademicka st., 40-019 Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2149-1422

autor

Willner Joanna

• Faculty of Material Engineering, Silesian University of Technology, 2A Akademicka st., 40-019 Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3369-3678

autor

Sobianowska-Turek Agnieszka

• Faculty of Environmental Engineering, Wroclaw University of Science and Technology, 27 Wybrzeże Wyspiańskiego str, 50-370 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2154-8609

autor

Velgosova Oksana

• Faculty of Materials, Technical University of Košice, Košice, Slovakia

• https://orcid.org/0000-0001-8903-2604

Bibliografia

• [1] Al-Sheeha Hanadi, Marafi Meena, Stanislaus Antony. 2008 "Reclamation of alumina as boehmite from an alumina-supported spent catalyst," Int. J. Miner. Process., 88 (3-4):. 59-64, doi: 10.1016/j.minpro.2008.05.001.
• [2] Avila Pedro, Montes Mario, Miró Eduardo E. 2005 "Monolithic reactors for environmental applications: A review on preparation technologies," Chem. Eng. J., 109(1): 11-36, doi: 10.1016/j.cej.2005.02.025.
• [3] Chen Yun, Feng Qiming, Shao Yanhai, Zhang Guofan, Ou Leming, Lu Yiping. 2006 "Research on the recycling of valuable metals in spent Al2O3-based catalyst, " Miner. Eng., 19(1): 94-97, doi: 10.1016/j.mineng.2005.06.008.
• [4] Cornejo Ivan, Hayes Robert E., Nikrityuk Petr. 2018 "A new approach for the modeling of turbulent flows in automotive catalytic converters," Chem. Eng. Res. Des., 140: 308-319, doi: 10.1016/j.cherd.2018.10.028.
• [5] Dong Haigang , Zhao Jiachun, Chen Jialin, Wu Yuedong,. Li Bojie. 2015 "Recovery of platinum group metals from spent catalysts: A review, " Int. J. Miner. Process., 145: 108-113, doi: 10.1016/j.minpro.2015.06.009.
• [6] Fornalczyk Agnieszka. 2016 "Analiza możliwości wykorzystania magnetohydrodynamiki do intensyfikacji odzysku platyny ze zużytych katalizatorów samochodowych" Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice - in polish.
• [7] Fornalczyk Agnieszka, Saternus Mariola, 2013 "The Possibilities of Reusing the Ceramic Carriers Coming from Used Auto Catalytic Converters,” Adv. Ceram. Sci. Eng., 2(2): [Online]. Available: www.acse-journal.org.
• [8] Govender Sandeeran, Friedrich Holger. 2017 "Monoliths: A review of the basics, preparation methods and their relevance to oxidation,” Catalysts, 7(2) doi: 10.3390/catal7020062.
• [9] Kucharski Marian. 2010 "Recykling metali nieżelaznych", Wydawnictwo AGH, Kraków in polish.
• [10] Liu Qi, Wang Wen-Qiang, Yang Yue, Liu Xue-Gang, Xu Sheng-Ming. 2019 "Recovery and regeneration of AI203 with a high specific surface area from spent hydrodesulfurization catalyst CoMo/Al2O3" Rare Met., 38(1): 1-13, doi: 10.1007/s12598-018-1164-1.
• [11] Matthey Johnson. 2022 "Johnson Matthey’s PGM market report May 2022,. [Online]. Available: https://matthey.com/documents/161599/509428/PGM-market-report-May-2022.pdf/542bcada-f4ac-a673-5f95-adlbbfca5106?t=1655877358676.
• [12] Marafi Meena, Rana Mohan. S., Al-Sheeha Hanadi. 2014 "The recovery of valuable metals and recycling of alumina from a waste spent hydroprocessing catalyst: Extraction with Na salts," WIT Trans. Ecol. Environ., 180: 15-27, doi: 10.2495/WM140021.
• [13] Marafi Meena, Stanislaus Antony. 2011 "Alumina from reprocessing of spent hydroprocessing catalyst," Catal. Today, 178(1): 117-123, doi: 10.1016/j.cattod.2011.07.001.
• [14] Morcali Mehmet Hakan. 2020 "A new approach to recover platinum-group metals from spent catalytic converters via iron matte," Resour. Conserv. Recycl., 159: 104891, doi: 10.1016/j.resconrec.2020.104891.
• [15] Myszkowski Stefan. 2012, "Trójfunkcyjne konwertery katalityczne," - in polish.
• [16] Patent Application: Method of producing adsorption-active material in the regeneration of oils, application number P.440877, 07.04.2022, Poland.
• [17] Steinlechner Stefan, Antrekowitsch Jiirgen. 2013 "PGM Recycling from Catalysts in a Closed Hydrometallurgical Loop with an Optional Cerium Recovery," REWAS 2013 Enabling Mater. Resour. Sustain: 361-369, doi: 10.1002/9781118679401.ch37.
• [18] Tomašić Vesna, Jović Frajno. 2006 "State-of-the-art in the monolithic catalysts/reactors," Appl. Catal. A Gen., 311(1-2): 112-121, doi: 10.1016/j.apcata.2006.06.013.
• [19] Trinh Ha Bich, Lee Jae-Chun, Suh Yong Jae, Lee Jaeryeong. 2020 "A review on the recycling processes of spent auto-catalysts: Towards the development of sustainable metallurgy," Waste Manag., 114:148-165, doi: 10.1016/j.wasman.2020.06.030.
• [20] Trinh Ha Bich, Lee Jae-Chun, Srivastava Rajiv Ranjan, Kim Sookyung. 2017 "Eco-threat Minimization in HCI Leaching of PGMs from Spent Automobile Catalysts by Formic Acid Prereduction," ACS Sustain. Chem. Eng., 5(8): 7302-7309, doi: 10.1021/acssuschemeng.7b01538.
• [21] Verma Shailendra Kumar, Dwivedi Vijay Kumar, Dwivedi Shashi Prakash. 2021 "Utilization of waste spent alumina catalyst for the development of valuable product - A review," Mater. Today Proc., 47: 4079-4082, doi: 10.1016/j.matpr.2021.06.146.
• [22] Yakoumis lakovos, Panou Marianna, Moschovi Anastasia Maria, Panias Dimitris. 2021 "Recovery of platinum group metals from spent automotive catalysts: A review," Clean. Eng. Technol., 3: 100112, doi: 10.1016/j.clet.2021.100112.
• [23] Zawisz Rafał "Opracowanie metody przetwarzania zużytych katalizatorów samochodowych w kierunku pozyskania z nich materiału o właściwościach sorpcyjnych” - rozprawa doktorska w opracowaniu.
• [24] Zhang Lingen, Qingming Song, Liu Ya, Xu Zhenming. 2019 "Novel approach for recovery of palladium in spent catalyst from automobile by a capture technology of eutectic copper," J. Clean. Prod., 239: 118093, doi: 10.1016/j.jelepro.2019.118093.
• [25] Zhang Lingen, Qingming Song, Liu Ya, Xu Zhenming. 2020 "An integrated capture of copper scrap and electrodeposition process to enrich and prepare pure palladium for recycling of spent catalyst from automobile," Waste Manag., 108: 172-182, doi: 10.1016/j.wasman.2020.04.013.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).