Příprava syntetických zeolitů na bázi VEP

Kamila Rouchalová

Disertační práce

Preparation of synthetic zeolites based on by-products

Anotace:

Disertační práce se zabývá navržením metodiky syntézy zeolitů z vedlejších energetických produktů, konkrétně vysokoteplotních popílků od společnosti ČEZ, a. s. Hnědouhelné popílky, které byly odebrány přímo z výsypek, jsou produkty elektráren Ledvice, Mělník, Trmice, Prunéřov, Tušimice a teplárny Trmice. Černouhelné popílky z elektrostatického a mechanického odlučovače jsou produkty elektrárny Dětmarovice. Popílky byly charakterizovány rentgenovou fluorescenční spektrometrií doplněnou stanovením Fe a Al atomovou absorpční spektrometrií, rentgenovou difrakční analýzou, stanovením LOI atd. Na základě optimálních vlastností byl v experimentech, které byly provedeny za účelem stanovení optimálních fyzikálních a chemických parametrů syntézy zeolitů, použit popílek z elektrostatického odlučovače elektrárny Ledvice. Byly provedeny mikrovlnné i kombinované (mikrovlnné a konvekční) syntézy. Studie předkládá třífázovou hydrotermální syntézu vysoce čistého sodalitu v suspenzi. Popílky byly nejprve 150 min mikrovlnně rozkládány při 120 ℃ v 4M NaOH. Poměr Si/Al byl 1:1,5 a poměr S/L (solid to liquid ratio) byl 1:5. Mikrovlnná digesce byla provedena v reaktoru autoklávu Milestone UltraCLAVE IV. Intenzita míchání byla 70 % a byla použita magnetická míchadla tvaru kříže. Ve druhém stupni byly směsi konvekčně zahřívány 24 h při 120 ℃ v sušárně Memmert UF 110PLUS. Poměr S/L byl 1:40. Do směsi bylo přidáno 30 ml 30% LiCl. Směsi byly míchány manuálně. Závěrečná 70℃ konvekční krystalizace trvala 24 h . Účinnost a reprodukovatelnost metodiky byly otestovány pro devět vysokoteplotních popílků. Syntézní produkty byly analyzovány rentgenovou práškovou difrakcí na kvalitativní i kvantitativní úrovni. Za uvedených optimálních podmínek byl z devíti popílků připraven čistý fázový sodalit (> 99 hm.%). Tvorba rombododekaedrických krystalů syntetického sodalitu byla potvrzena snímky ze skenovacího elektronového mikroskopu.

Abstract:

Dissertation thesis deals with the design of a methodology for the synthesis of zeolites from secondary energy products, specifically high-temperature fly ashes from ČEZ, a. s. Brown coal fly ashes, which were taken directly from transfer chutes, are a by-product of the Ledvice, Mělník, Trmice, Prunéřov, Tušimice power plants and the Trmice heating plant. Black coal fly ashes from the electrostatic and mechanical separators are a by-product of the Dětmarovice power plant. The fly ashes were characterized by X-ray fluorescence spectrometry supplemented with Fe and Al determination by atomic absorption spectrometry, X-ray diffraction analysis, LOI determination, etc. On the basis of optimal properties, fly ash from the electrostatic precipitator of the Ledvice power plant was used in the experiments that were carried out to determine the optimal physical and chemical parameters of zeolite synthesis. Microwave and combined (microwave and convection) syntheses were performed. This study presents a three-phase hydrothermal synthesis of high-purity sodalite in suspension. Initially, the fly ashes were microwave decomposed for 150 min at 120 ℃ in 4M NaOH. The Si/Al ratio was 1:1.5, and the solid-to-liquid ratio (S/L) was 1:5. Microwave digestion was performed in the Milestone UltraCLAVE IV autoclave reactor. The mixing intensity was 70% and cross-shaped magnetic stirrers were used. In the second stage, the mixtures were convectively heated for 24 h at 120 ℃ in a Memmert UF 110PLUS drying oven. The S/L ratio was 1:40. Additionally, 30 mL of 30% LiCl was added to the mixture. The mixtures were stirred manually. The final convective crystallization at 70 ℃ lasted 24 h. The efficiency and reproducibility of the methodology were tested for nine high-temperature fly ashes. The synthesis products were analyzed by X-ray powder diffraction at both qualitative and quantitative levels. Under the specified optimal conditions, pure-phase sodalite (>99 wt.%) was prepared from the nine fly ashes. The formation of rhombododecahedral crystals of synthetic sodalite was confirmed by scanning electron microscope images.

Klíčová slova

vedlejší energetické produkty, popílek, hydrotermální syntéza, mikrovlnné záření, krystalizace, zeolit, sodalit, hlinitokřemičitany, rentgenová difrakce

Keywords

energy by-products, fly ash, hydrothermal synthesis, microwave irradiation, crystallization, zeolite, sodalite, aluminosilicates, X-ray diffraction

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 12. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Vladimír Čablík

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Nerostné suroviny (čtyřleté) / Úpravnictví