Příprava syntetických ekvivalentů zeolitů na bázi energetických odpadů a jejich kompozitních směsí s vhodnými aditivy pro korekci prvkového složení.

David Längauer

Doctoral thesis

Preparation of Synthetic Equivalents of Zeolite-Based Energy Waste and their Composite Mixtures with Suitable Additives for Correcting Element Composition.

Abstract:

Při spalování černého nebo hnědého uhlí v tepelných elektrárnách dochází ke vzniku VEP. Tyto VEP produkty vznikají hlavně díky technologiím, které mají za účel ochranu ŽP a zdraví lidí. Množství těchto VEP se každoročně zvětšuje, a vzniká tedy snaha o jejich co možná největší využití. Popílky patří mezi tyto VEP a tvoří většinový podíl vzniklých VEP. Tyto VEP se využívají pro další účely podle jejich vlastností. Popílky si našly celou řadu využití od stavebnictví, hutnického průmyslu, chemické výroby, rekultivace, … Jednou z možnosti využití popílku je hydrotermální syntéza. V této práci jsem pracoval s popílky pocházejícími z elektrárny Dětmarovice a.s. Popílky pocházely z elektrostatických odlučovačů a z mechanického stupně. Tyto dva typy popílků byly označeny jako popílek č.1 a popílek č.2. Popílky byly podrobeny vstupním analýzám, pomocí XRD, XRF, SEM, měření velikosti částic, specifického měrného povrchu a ztrátě žíháním. Tyto popílky byly poté použity pro konvekční hydrotermální metodu. Pro pokusy byly použity různé koncentrace a množství NaOH, LiCl a vodného skla. Dále byla měněna teplota procesu v rozmezí od 90 120 °C a také jeho délka, která byla v rozmezí od 6-48 h. Většina pokusů byla doplněna o krystalizační fázi, která probíhala po dobu 16 h, při teplotě 50 °C. Výsledný produkt procesu konvekční hydrotermální syntézy byl podroben analýzám XRD, SEM a specifickému měrnému povrchu. Pomocí analýzy XRD byl zjištěn obsah vzniklé zeolitické fáze. Díky analýze SEM byly potvrzeny výsledky XRD. U vybraných vzorků byl měřen specifický měrný povrch, pomocí kterého bylo zjištěno, zda dochází u takto vzniklých zeolitických produktů ke zvětšení SBET, St, a také velikost objemu mikro pórů. Při pokusech v rámci této práce byl zjištěn obsah zeolitické fáze téměř ve všech produktech hydrotermální syntézy. Mezi vzniklými zeolitickýmy fázemi byl Faujasit-Na, Faujasit-Ca, Chabazit, Phillipsit a Sodalit. Obsah těchto zeolitických fází se pohyboval od 2.09 % do 43.79 %. Následné měření specifického měrného povrchu nám ukazuje, že u produktů konvekční hydrotermální metody dochází k nárustu SBET, St, a také velikosti objemu mikropórů, vzhledem k hodnotám vstupního popílku. Výsledky těchto pokusů nám ukazují, že konvekční hydrotermální metoda může být vhodnou metodou pro přeměnu popílku jako VEP na zeolitickou fázi, která vykazuje v určitých ohledech lepší vlastnosti než vstupní popílek.

Abstract:

SEP are formed when black or brown coal is burned in coal fired thermal power plants. These SEP products are mainly due to technologies that are designed to protect the environment and human health. The amount of these SEP increases every year, and therefore there is an effort to use the most of them. Fly ash is one of these SEP and forms the majority of the SEP generated. These SEP are used for other purposes according to their properties. Fly ash has found a wide range of applications from construction, metallurgy, chemical production, reclamation,… One of the potential uses of fly ash is hydrothermal synthesis. In this work I worked with fly ash coming from power plant Dětmarovice a.s. These fly ashes came from electrostatic precipitators and from mechanical grade. These two types of fly ash were label as fly ash No. 1 and fly ash No. 2. Fly ashes were subjected to XRD, XRF, SEM input analysis, particle size measurement, specific surface area and LOI. These fly ashes were then used for the convection hydrothermal method. Different concentrations and amounts of NaOH, LiCl and aqueous glass were used for the experiments. Furthermore, the process temperature was varied from 90-120 °C, and also length, which was in the range of 6-48 h. Most of the experiments were supplemented with a crystallization phase that was run for 16 h at 50 °C. The product of the convection hydrothermal synthesis process was subjected to XRD, SEM and specific surface area analyzes. With an XRD was measured the zeolite phase content in product. XRD results were confirmed by SEM analysis. The specific surface area was measured for selected samples to determine whether the SBET, St, as well as the volume of the micro pores. In the experiments in this work, the content of zeolite phase was found in almost all hydrothermal synthesis products. At this work was obtain zeolite phases were Faujasite Na, Faujasite-Ca, Chabazite, Phillipsite and Sodalite. The content of these zeolite phases ranged from 2.09 % to 43.79 %. Measuring specific surface area shows us that the product of convection hydrothermal method increases SBET, St, as well as the volume of micro pores relative to the input fly ash values. The results of these experiments show us that a convection hydrothermal method can be a suitable method for converting fly ash as a SEP to a zeolite phase which can has better properties than input fly ash.

Keywords

Popílky, Zeolity, Hydrotermální syntéza, Specifický měrný povrch, XRD, SEM

Keywords

Fly ash, Zeolite, Hydrothermal synthesis, Specific surface, XRD, SEM.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 6. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 5. 12. 2019
• Supervisor: Vladimír Čablík
• Reader: Barbara Tora, Slavomír Hredzák, Vladimír Lapčík

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Nerostné suroviny / Úpravnictví