CZ310257B6 - Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem - Google Patents

Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem Download PDF

Info

Publication number
CZ310257B6
CZ310257B6 CZ2022-181A CZ2022181A CZ310257B6 CZ 310257 B6 CZ310257 B6 CZ 310257B6 CZ 2022181 A CZ2022181 A CZ 2022181A CZ 310257 B6 CZ310257 B6 CZ 310257B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
adsorbent
emergency
mixture
group
activated
Prior art date
Application number
CZ2022-181A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2022181A3 (cs
Inventor
Zdeněk Tišler
Tišler Zdeněk Ing., Ph.D
Eliška Svobodová
Eliška Bc Svobodová
Original Assignee
ORLEN UniCRE a.s.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ORLEN UniCRE a.s. filed Critical ORLEN UniCRE a.s.
Priority to CZ2022-181A priority Critical patent/CZ310257B6/cs
Priority to SK84-2022A priority patent/SK289323B6/sk
Publication of CZ2022181A3 publication Critical patent/CZ2022181A3/cs
Publication of CZ310257B6 publication Critical patent/CZ310257B6/cs

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16Alumino-silicates
    • B01J20/165Natural alumino-silicates, e.g. zeolites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/10Inorganic compounds
    • C02F2101/20Heavy metals or heavy metal compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy spočívá v tom, že se 50 až 99 % hmotn. přírodního zeolitu a 1 až 50 % hmotn. práškové vysokopecní strusky aktivuje alkalickým aktivátorem, pak se ke vzniklé směsi přidá pěnotvorná přísada, směs se nechá napěnit a při teplotě 20 až 80 °C aktivovat po dobu až 48 hodin a pak se ponechá zrát po dobu 7 až 28 dní. Havarijní adsorbent je ve formě pelet a drti. Havarijní adsorbent obsahuje C-S-H pojivovou matrici a alkálie přítomné ve struktuře materiálu pro vysrážení těžkého kovu ve formě nerozpustné látky uzavřené ve vnitřní struktuře nebo pevně ukotvené na povrchu havarijního adsorbentu.

Description

Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbentu odstraňování těžkých kovů vyrobeného tímto způsobem.
Dosavadní stav techniky
Alkalicky aktivované materiály byly v minulosti studovány hlavně pro použití ve stavebnictví, ovšem mají značný potenciál pro použití v oblasti katalýzy a adsorpce. Mohou být připraveny za použití nejrůznějších materiálů včetně odpadních (popílky, strusky, kaly, hlušiny, odpady z výrob papíru, skla apod.) i přírodních (metakaolin, vulkanické popely, tufy, přírodní zeolity atd.).
Zeolitové pěny jsou připravovány alkalickou aktivací přírodního zeolitu, případně směsi přírodního zeolitu s MgO, s následným napěněním směsi (CZ 306230 B6, CZ 307957 B6). Vzniká tak kompozitní materiál složený z původních zeolitových struktur pospojovaných do pevné pěnové matrice pojivovou fází vzniklou alkalickou aktivací aluminosilikátové suroviny přírodního zeolitu. Nevýhodou těchto způsobů výroby je absence přísad pro zlepšení pevnosti a nízký objem mezopórů v materiálu (CZ 306230 B6) nebo využití MgO jako přísady (CZ 307957 B6), což díky způsobu výroby MgO zvyšuje energetickou náročnost a je spojené s emisemi CO2 do ovzduší a materiál obsahuje méně mezopórů, které jsou důležité v katalytických a sorpčních aplikacích.
Toxické těžké kovy se do přírody dostávají z větší části antropogenní činností, a to pozvolna při běžném využívání průmyslových technologií nebo při haváriích. Tyto kovy se následně akumulují v potravním řetězci živých organismů, negativně na ně působí různou mírou toxicity a představují tak rizika a potenciální problémy pro životní prostředí.
Pro odstraňování těžkých kovů byla vyvinuta řada metod (procesy iontové výměny, srážení a koagulace s následnou filtrací, membránové procesy, absorpce, adsorpce atd.). Použití konkrétní metody závisí na velkém množství parametrů, vlastnostech a koncentraci odstraňovaných kovů, místě sanace, na možnostech následného využití vyčištěné vody apod. V případě havarijních adsorbentů je nejčastěji využívána metoda absorpce. Případně pro odstranění těžkých kovů je výhodnější absorpce spojená s adsorpcí, protože dojde k pevné fixaci kontaminantu v sorpčním médiu. Sorpčním médiem může být celá řada materiálů na bázi přírodních, odpadních i syntetických materiálů s různým druhem dodatečné úpravy.
Pro odstranění těžkých kovů z vod a jiných roztoků se s výhodou používají alkalicky aktivované materiály. Pro adsorpci těžkých kovů je popsáno využití alkalicky aktivovaných materiálů zejména na bázi metakaolinu, ale také popílku, strusky nebo hlušiny z těžby uhlí, jako je tomu např. v patentech CN 110041016 A, CN 107973559 B, CN 110041016 A, CN 111151218 A, CN 114029030 A, CN 113426421 A a CN 111921490 A, které popisují odstraňování těžkých kovů z vod. Velká část výsledků a aplikací na rozdílné těžké kovy byla popsána v celé řadě odborných článků. Velmi dobré shrnutí poskytují přehledové články T. Luukkonena a kol. (Application of alkali-activated materials for water and wastewater treatment: a review. Rev Environ Sci Biotechnol 18, 271-297 (2019). https://doi.org/10.1007/s11157-019-09494-0) a T. Samariny a kol. (Geopolymers and Alkali-Activated Materials for Wastewater Treatment Applications and Valorization of Industrial Side Streams, Geopolymers and Alkali-Activated Materials for Wastewater Treatment Applications, http: //dx.doi .org/10.5772/intechopen.97141), ve kterých je uveden celkový pohled na využití alkalicky aktivovaných materiálů v adsorpčních aplikacích a to zejména materiálů na bázi matakaolinu, ale také dalších aluminosilikátových
- 1 CZ 310257 B6 složek, příp. jejich směsí s metakaolinem, jako jsou např. popílky, strusky, tufy, železité kaly apod. Nevýhodou zde uvedených aplikací je, že výchozí surovinou není přírodní zeolit poskytující primární mikroporézní strukturu a vzorky nejsou ve formě makroporézní pěny.
V práci S. Andrejkovicové a kol. (The effect of natural zeolite on microstructure, mechanical and heavy metals adsorption properties of metakaolin based geopolymers. Appl Clay. Sci. 2016, 126, 141-152, https://doi.Org/10.1016/j.clay.2016.03.009) je popsáno použití přírodního zeolitu ve směsi s metakaolinem. Nevýhodou tohoto řešení je použití směsi zeolitu s metakaolinem, což omezuje využití primární zeolitové struktury a použité materiály nejsou ve formě pevné makroporézní pěny. Podobně také H. Baykara a kol. (The use of zeolite-based geopolymers as adsorbent for copper removal from aqueous media, R. Soc. 2022, 9, 3, 211644, http://doi.org/10.1098/rsos.211644) nebo R. I. Yousef a kol. (The influence of using Jordanian natural zeolite on the adsorption, physical, and mechanical properties of geopolymers products, J. Hazard. Mater. 2009, 165, 379-387, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.10.004) uvádějí použití alkalicky aktivovaných zeolitových tufů pro odstraňování mědi z vod. Nevýhodou těchto řešení je, že vstupní surovinou je tuf, kde zeolit netvoří hlavní složku, zeolitem není klinoptilolit, ale mordenit, resp. philipsit, materiály nejsou ve formě pevné makroporézní pěny a mají malý podíl mezopórů.
Nevýhodou využití alkalicky aktivovaných materiálů na bázi metakaolinu, popílků, strusek a dalších složek a jejich směsí je, že neobsahují pouze přírodní zeolit klinoptilolit, který obsahuje primární strukturu pórů tvořenou mikropóry a jehož alkalická aktivace umožňuje vytvořit stabilní, pevnou sekundární porézní strukturu tvořenou pojivovou matricí a terciální makroporézní strukturu tvořenou makropóry vzniklými napěněním alkalicky aktivované směsi.
Uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a havarijní adsorbent vyrobený tímto způsobem podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že se 50 až 99 % hmotn. přírodního zeolitu a 1 až 50 % hmotn. práškové vysokopecní strusky aktivuje alkalickým aktivátorem, jehož silikátový modul je 1,2 až 1,8, pak se ke vzniklé alkalicky aktivované směsi, jejíž vodní součinitel je 0,4 až 1,0, celkový obsah alkálií obecného vzorce Me2O je 5 až 15 % hmotn., přičemž Me je kov vybraný ze skupiny zahrnující Na a K, a molární poměr Na?O : K2O je 0,3 až 0,9 : 1, přidá alespoň pěnotvorná přísada, směs se nechá napěnit a při teplotě 20 až 80 °C aktivovat po dobu až 48 hodin a pak se ponechá zrát po dobu 7 až 28 dní.
Výhodný způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že alkalický aktivátor obsahuje směs křemičitanů a hydroxidů alkalických kovů vybraných ze skupiny zahrnující Na a K.
Další výhodný způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že pěnotvornou přísadou je roztok obsahující 1 až 50 % hmotn. H2O2 a alespoň jeden kov vybraný ze skupiny zahrnující hliník a hořčík ve formě vybrané ze skupiny zahrnující prášek a pastu, a to v množství 0,01 až 2,0 % hmotn. celkového množství havarijního adsorbentu.
Další výhodný způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že se havarijní adsorbent dále upravuje sušením při teplotě 80 až 150 °C.
Další výhodný způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že se havarijní adsorbent dále upravuje alespoň jedním způsobem vybraným ze skupiny zahrnující peletizaci a drcení.
- 2 CZ 310257 B6
Další výhodný způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že se havarijní adsorbent dále drtí nebo mele a třídí na frakce v rozmezí 0,1 až 6 mm.
Havarijní adsorbent vyrobený způsobem výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy je charakterizován tím, že je tvořen makroporézní alkalicky aktivovanou zeolitovou pěnou obsahující 1 až 50 % hmotn. vysokopecní strusky, přičemž obsahuje C-S-H pojivovou matrici a alkálie přítomné ve struktuře materiálu pro vysrážení těžkého kovu ve formě nerozpustné látky uzavřené ve vnitřní struktuře nebo pevně ukotvené na povrchu havarijního adsorbentu.
Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy podle vynálezu spočívá v tom, že se k 50 až 99 % hmotn. aluminosilikátové složky, tj. přírodnímu zeolitu, přidá 1 až 50 % hmotn. vysokopecní strusky, pak se tato směs alkalicky aktivuje a pak se ponechá zrát. Přídavek vysokopecní strusky na jedné straně výrazným způsobem zvyšuje pevnost havarijního adsorbentu podle vynálezu, na druhé straně na rozdíl od oxidu vápenatého, který s alkalickým aktivátorem reaguje téměř okamžitě za vzniku křemičitanů vápenatých, nezkracuje dobu zpracovatelnosti směsi, což je důležité pro další zpracování, např. litím do forem a dalším tvarováním za účelem získání havarijního adsorbentu vhodných tvarů použitelných v katalytických a sorpčních aplikacích (pelety apod.), ale zároveň stejně jako CaO výrazným způsobem navyšuje podíl pórů s velikostí 10 až 100 nm, patřících z větší části do oblasti mezopórů.
V případě použití takto vyrobeného havarijního adsorbentu pro těžké kovy má přítomnost primárních mikro-pórů přírodního zeolitu, sekundárních mezo-pórů tvořených N(K)-A-S-H a CS-H pojivovou matricí vzniklou reakcí mezi přírodním zeolitem, struskou a alkalickým aktivátorem a terciální makro-porézní strukturou vzniklou napěněním alkalicky aktivované směsi výhodu v tom, že při kontaktu s kontaminantem v podobě roztoku dojde k jeho velmi rychlému nasáknutí do materiálu, tedy absorpci roztoku. Vlivem vysokého obsahu alkálií přítomných ve struktuře materiálu dojde k jejich reakci s kationtem a následnému vysrážení těžkého kovu ve formě nerozpustných látek jako jsou hydroxidy, oxidy nebo jiné nerozpustné hydroxo-soli, které jsou uzavřeny ve vnitřní struktuře nebo pevně ukotveny k povrchu havarijního adsorbentu. Současně s tímto mechanismem se navíc ještě uplatňuje mechanismus iontové výměny probíhající za využití primární mikroporézní struktury přírodního zeolitu. Díky vysokému obsahu alkálií je havarijní adsorbent schopen neutralizovat i jiné kyselé roztoky.
Další výhodný způsob využití a výroby havarijního adsorbentu pro těžké kovy je charakterizován tím, že havarijní adsorbent je vhodný pro všechny kationty, které při reakci v alkalickém prostředí vytvářejí nerozpustné produkty. Havarijní adsorbent je tedy vhodný na roztoky obsahující kationty a směsi kationtů vybrané ze skupiny zahrnující kationty Ag+, Cu+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cr3+, Pb2+, Hg2+, Cd2+, Y3+, Sn2+, Sn4+, Ce4+, oxo-kationty ZrO2+, VO2+ a další trojmocné a čtyřmocné kationty lanthanoidů, které se v roztocích nacházejí, zejména ve formě příslušných chloridů, dusičnanů, síranů, příp. octanů a dalších solí.
Havarijní adsorbent podle vynálezu je výhodné aplikovat posypem materiálem nadrceným na vhodnou velikost, výhodně 0,1 až 6 mm nebo při větších množstvích vod takto vyrobeným adsorpčním materiálem, nejvýhodněji ve formě pelet nebo hrubší drtě, vyplnit sorpční kolonu.
V případě průtočného uspořádání je výhodné zpracovávat především koncentrované roztoky, zpracovat lze vždy množství odpovídající kapacitě havarijního adsorbentu.
Havarijní adsorbent podle vynálezu je nehořlavý, inertní a stálý. Jeho aplikace je výhodná např. v provozech nakládajících s roztoky kationtů těžkých kovů, jako jsou galvanovny, mořírny apod. Po ukončení sanace vzniklé havárie se havarijní adsorbent předá k odborné likvidaci.
V porovnání s dosavadními způsoby má havarijní adsorbent a způsob jeho výroby podle vynálezu výhodu v tom, že (i) využívá levné a dostupné suroviny a chemikálie, (ii) využívá odpadní surovinu, kterou je vysokopecní struska, (iii) je bezodpadový, ekologický, není
- 3 CZ 310257 B6 energeticky náročný a (iv) umožňuje použít běžné známé dílčí postupy, známá zařízení a automatizaci postupu a tím velmi rozšiřuje jeho aplikační potenciál.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Havarijní adsorbent na těžké kovy na bázi alkalicky aktivované zeolitové pěny s obsahem 3 % hmotn. mleté vysokopecní strusky.
Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy se provádí tak, že se k navážce 38,8 g aluminosilikátové složky - přírodního zeolitu (ECO 50, Zeocem SK) (viz tabulka 1) v množství odpovídající 3 % hmotn., tj. 1,2 g, přimísí velmi jemně mletá vysokopecní struska (SMŠ 400, Kotouč Štramberk). K práškové směsi je přidán alkalický aktivátor tvořený roztokem hydroxidu draselného a křemičitanu sodného v množství a s parametry dle požadovaného složení výsledné směsi (viz tabulka 1). Směs je intenzivně homogenizována a po dosažení homogenity je k takto připravené směsi přidána pěnotvorná přísada (viz tabulka 1) a směs je ponechána tuhnout ve formě požadovaného tvaru a velikosti po dobu 30 minut. Po ukončení procesu napěnění je směs ponechána aktivovat po dobu 36 h při teplotě 50 °C. Po ukončení aktivace je připravený havarijní adsorbent ponechán vychladnout a uložen ke zrání po dobu čtrnácti dní při laboratorní teplotě.
Tabulka 1 - Parametry směsi
Hmotnost aluminosilikátové složky [g] Hmotnost alkalického aktivátoru [g] Silikátový modul směsi Ms Vodní součinitel směsi w Obsah alkálií ve směsi [% hmotn.] Molární poměr Na2O/K2O ve směsi Pěnotvorná přísada/obsah ve směsi [% hmotn.]
38,8 37,5 1,51 0,70 8,10 0,55 30 %
Pro testování adsorpčních vlastností byl havarijní adsorbent na těžké kovy rozdrcen a vytříděn na zrnitostní frakci 0,56 až 0,85 mm.
Tabulka 2 - Chemické složení havarijního adsorbentu
Obsah strusky [% hmotn.] Chemické složení [% hmotn.] Tvar
SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 CaO Na2O MgO TiO2
3 70,3 10,0 8,7 1,5 4,2 4,0 0,9 0,2 Drť 0,56-0,85 mm
Tabulka 3 - Texturní a sorpční vlastnosti havarijního adsorbentu
Obsah strusky [% hmotn.] Celkový intruzní objem [cm3/g] Objem pórů 10300 nm [cm3/g] Objem pórů 300-30000 nm [cm3/g] Měrný povrch BET [cm3/g] Sypná hmotnost [g/dm3] Nasákavost vody [g/g] Nasákavost oleje [g/g]
3 0,59 0,20 0,11 16,0 650 0,87 0,65
Pro testování adsorpčních vlastností byly provedeny základní adsorpční testy, při kterých bylo 500 mg havarijního adsorbentu třepáno v třepačce při 600 otáčkách za minutu po dobu 24 hodin s 50 ml roztoku obsahujícího směs kationtů (Cu2+, Ni2+, Zn2+, Fe3+ a Mn2+) o celkové koncentraci roztoku 0 až 2000 mg/dm3 (pro každý kationt tedy 0 až 400 mg/dm3). Po ukončení testu byly
- 4 CZ 310257 B6 metodou ICP-OES stanoveny zbytkové koncentrace kationtů v roztoku.
Tabulka 4 - Výsledky adsorpčních testů havarijního adsorbentu
Počáteční koncentrace kationtu v roztoku [mg/dm3] Koncová koncentrace kationtu v roztoku [mg/dm3]
Cu2+ Ni2+ Zn2+ Fe3+ Mn2+
0 0 0 0 0 0
2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
5 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
10 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
20 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
50 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
100 < 2 5,4 58,9 < 2 76,1
200 < 2 116 162 < 2 174
300 92,3 299 311 < 2 329
400 248 438 434 < 2 456
Druhým provedeným testem byly průtočné testy, které byly provedeny s využitím adsorpční aparatury složené ze skleněné trubice (vnitřní průměr 12 mm, délka 220 mm) ve které bylo nasypáno 10 g havarijního adsorbentu (výška lože 160 mm). Zásobní roztok o koncentraci+ kationtů 200 mg/dm3 (pro každý kationt tedy 50 mg/dm3) byl pomocí čerpadla (SIMDOS 10 10 (KNF FLODOS AG, Švýcarsko) čerpán přes lože havarijního adsorbentu rychlostí 25 ml/min a v pravidelných intervalech byl na patě kolony odebírán vzorek, u kterého bylo stanoveno pH a metodou ICP-OES zbytkové koncentrace kationtů.
Tabulka 5 - Výsledky průtočného adsorpčního testu havarijního adsorbentu
Interval odběru vzorku [min] pH výstupního roztoku Koncová koncentrace kationtu v roztoku [mg/dm3]
Cu2+ Ni2+ Zn2+ Fe3+ Mn2+
1 11,8 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
2 11,1 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
3 10,5 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
4 9,8 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2
5 8,6 < 2 2,4 < 2 < 2 9,4
6 7,6 < 2 12,9 < 2 < 2 17,5
7 6,8 < 2 18,5 8,81 < 2 21,2
8 6,5 < 2 22,0 17,2 < 2 23,4
9 6,4 < 2 23,6 21,6 < 2 25,1
10 6,2 9,3 25,9 26,5 < 2 26,0
14 6,0 24,1 31,3 35,0 < 2 30,2
18 4,7 27,3 31,8 33,5 < 2 30,9
22 4,0 33,3 32,2 34,8 16,5 31,4
26 3,8 34,9 32,5 33,9 15,4 31,9
30 3,7 40,8 33,5 35,8 13,8 33,6
34 3,6 31,7 33,9 35,2 17,3 33,1
38 3,6 34,0 34,4 35,9 15,5 34,0
42 3,6 34,8 35, 36,7 16,7 34,5
46 3,5 34,9 35,8 37,6 17,0 35,4
50 3,5 42,5 36,3 39,1 19,3 35,7
Pozn.: pH vstupního zásobního roztoku 2,91.
- 5 CZ 310257 B6
Jak ukázaly předchozí výsledky, havarijní adsorbent zpočátku uvolňuje velké množství alkálií, které ve velmi krátkém čase srážejí přítomný kationt. Případná havárie byla simulována pomocí roztoku síranu měďnatého (modré skalice) o koncentraci 100 g/dm3, kde 20 ml tohoto roztoku bylo vylito na podložku a přesypáno takovým množstvím havarijního adsorbentu, aby došlo k nasáknutí veškerého roztoku. Po 10 minutách byl havarijní adsorbent přenesen na skládaný papírový filtr a promyt demineralizovanou vodou. Stanovení metodou ICP-OES ukázalo, že obsah Cu2+ kationtu ve filtrátu byl pod nastaveným detekčním limitem, tedy < 2 mg/dm3.
Příklad 2
Havarijní adsorbent na těžké kovy na bázi alkalicky aktivované zeolitové pěny s obsahem 30 % hmotn. mleté vysokopecní strusky.
Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy se provádí stejným způsobem jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že k navážce 28,0 g aluminosilikátové složky - přírodního zeolitu (ECO 50, Zeocem SK) (viz tabulka 6) je přidána jemně mletá vysokopecní struska v množství 12,0 g, odpovídající 30 % hmotn. ve směsi. K práškové směsi je přidán alkalický aktivátor tvořený roztokem hydroxidu draselného a křemičitanu sodného v množství a s parametry dle požadovaného složení výsledné směsi (viz tabulka 6). Směs je intenzivně homogenizována a po dosažení homogenity je k takto připravené směsi přidána pěnotvorná přísada (viz tabulka 6) a směs je ponechána tuhnout ve formě požadovaného tvaru a velikosti po dobu 60 minut. Po ukončení procesu napěnění je směs ponechána aktivovat po dobu 12 h při teplotě 30 °C. Po ukončení aktivace je připravený havarijní adsorbent ve formě pelet o průměru 5 mm ponechán vychladnout, uložen ke zrání po dobu sedmi dní při laboratorní teplotě a následně sušen na vzduchu v sušárně při 120 °C po dobu 6 hodin.
Tabulka 6 - Parametry směsi
Hmotnost aluminosilikátové složky [g] Hmotnost alkalického aktivátoru [g] Silikátový modul směsi Ms Vodní součinitel směsi w Obsah alkálií ve směsi [% hmotn.] Mol. poměr N2O/K2O ve směsi Pěnotvorná přísada/obsah ve směsi [% hmotn.]
28,0 32,2 1,51 0,55 7,90 0,65 20 % H2O2/1,0
Tabulka 7 - Chemické složení havarijního adsorbentu
Obsah strusky [% hmotn.] Chemické složení [% hmotn.] Tvar
SiO2 M2O3 K2O Fe2O3 CaO Na2O MgO TiO2
30 62,9 8,8 8,4 1,1 11,6 4,4 1,9 0,2 Pelety průměr 5 mm
Tabulka 8 - Texturní vlastnosti havarijního adsorbentu
Obsah strusky [% hmotn.] Celkový intruzní objem [cm3/g] Objem pórů 10-300 nm [cm3/g] Objem pórů 300-30 000 nm [cm3/g] Měrný povrch BET [cm3/g]
30 0,53 0,16 0,25 21,3
- 6 CZ 310257 B6
Příklad 3
Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy se provádí stejným způsobem jako v 5 příkladu 1 s tím rozdílem, že byl získaný havarijní adsorbent obsahující vysokopecní strusku rozdrcen a vytříděn na zrnitostní frakci 2,24 až 3,55 mm.
Tabulka 9 - Texturní vlastnosti havarijního adsorbentu
Obsah strusky [% hmotn.] Celkový intruzní objem [cm3/g] Objem pórů 10-300 nm [cm3/g] Objem pórů 300-30 000 nm [cm3/g] Měrný povrch BET [cm3/g] Sypná hmotnost [g/dm3]
5 0,59 0,20 0,11 16,0 610
Průmyslová využitelnost
Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a havarijní adsorbent vyrobený tímto 15 způsobem podle vynálezu je průmyslově využitelný pro výrobu alkalicky aktivovaných havarijních adsorbentů na bázi přírodního zeolitu a jejich následném použití pro odstraňování těžkých kovů z roztoků.

Claims (7)

1. Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy, vyznačující se tím, že se 50 až 99 % hmotn. přírodního zeolitu a 1 až 50 % hmotn. práškové vysokopecní strusky aktivuje alkalickým aktivátorem, jehož silikátový modul je 1,2 až 1,8, pak se ke vzniklé alkalicky aktivované směsi, jejíž vodní součinitel je 0,4 až 1,0, celkový obsah alkálií obecného vzorce Me2O je 5 až 15 % hmotn., přičemž Me je kov vybraný ze skupiny zahrnující Na a K, a molární poměr Na2O : K2O je 0,3 až 0,9 : 1, přidá alespoň pěnotvorná přísada, směs se nechá napěnit a při teplotě 20 až 80 °C aktivovat po dobu až 48 hodin, a poté se ponechá zrát po dobu 7 až 28 dní.
2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že alkalický aktivátor obsahuje směs křemičitanů a hydroxidů alkalických kovů vybraných ze skupiny zahrnující Na a K.
3. Způsob výroby podle kteréhokoliv z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pěnotvornou přísadou je roztok obsahující 1 až 50 % hmotn. H2O2 a alespoň jeden kov vybraný ze skupiny zahrnující hliník a hořčík ve formě vybrané ze skupiny zahrnující prášek a pastu, a to v množství 0,01 až 2,0 % hmotn. celkového množství havarijního adsorbentu.
4. Způsob výroby podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se havarijní adsorbent dále upravuje sušením při teplotě 80 až 150 °C.
5. Způsob výroby podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se havarijní adsorbent dále upravuje alespoň jedním způsobem vybraným ze skupiny zahrnující peletizaci a drcení.
6. Způsob výroby podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se havarijní adsorbent dále mele a třídí na frakce v rozmezí 0,1 až 6 mm.
7. Havarijní adsorbent vyrobený způsobem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že je tvořen makroporézní alkalicky aktivovanou zeolitovou pěnou obsahující 1 až 50 % hmotn. vysokopecní strusky, přičemž obsahuje C-S-H pojivovou matrici a alkálie přítomné ve struktuře materiálu pro vysrážení těžkého kovu ve formě nerozpustné látky uzavřené ve vnitřní struktuře nebo pevně ukotvené na povrchu havarijního adsorbentu.
CZ2022-181A 2022-05-05 2022-05-05 Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem CZ310257B6 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2022-181A CZ310257B6 (cs) 2022-05-05 2022-05-05 Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem
SK84-2022A SK289323B6 (sk) 2022-05-05 2022-08-01 Havarijný adsorbent ťažkých kovov a spôsob jeho výroby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2022-181A CZ310257B6 (cs) 2022-05-05 2022-05-05 Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2022181A3 CZ2022181A3 (cs) 2023-11-15
CZ310257B6 true CZ310257B6 (cs) 2025-01-08

Family

ID=88695311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2022-181A CZ310257B6 (cs) 2022-05-05 2022-05-05 Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem

Country Status (2)

Country Link
CZ (1) CZ310257B6 (cs)
SK (1) SK289323B6 (cs)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ307957B6 (cs) * 2018-06-29 2019-09-11 Unipetrol výzkumně vzdělávací centrum, a.s. Způsob výroby zeolitové pěny

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ307957B6 (cs) * 2018-06-29 2019-09-11 Unipetrol výzkumně vzdělávací centrum, a.s. Způsob výroby zeolitové pěny

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. HRACHOVCOVÁ , Z. TIŠLER, E. SVOBODOVÁ, J. ŠAFÁŘ: "Modified Alkali Activated Zeolite Foams with Improved Textural and Mechanical Properties", MINERALS, vol. 10, no. 5, 25 May 2020 (2020-05-25), pages 483 *
K. STREJCOVÁ, Z. TIŠLER, N. SHARKOV, M. MICHÁLKOVÁ, K. PEROUTKOVÁ, E. SVOBODOVÁ: "Influence of the Addition of Blast Furnace Slag to Alkali-Activated Mixtures Based on Natural Zeolites ", MINERALS, vol. 11, no. 12, 24 November 2021 (2021-11-24), pages 1307 *

Also Published As

Publication number Publication date
SK289323B6 (sk) 2025-05-07
CZ2022181A3 (cs) 2023-11-15
SK842022A3 (sk) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El-Eswed et al. Efficiency and mechanism of stabilization/solidification of Pb (II), Cd (II), Cu (II), Th (IV) and U (VI) in metakaolin based geopolymers
DE60120819T2 (de) Verfahren zur adsorptiven Trennung von Kohlendioxid
CN101417193A (zh) 纳米微晶复合滤料及其制造方法的补充
PL195988B1 (pl) Sorbent, sposób wytwarzania sorbentu oraz sposób usuwania i unieruchamiania metali ciężkich i fosforanów
Sánchez-Hernández et al. Eco-friendly bench-scale zeolitization of an Al-containing waste into gismondine-type zeolite under effluent recycling
Onutai et al. Removal of Pb2+, Cu2+, Ni2+, Cd2+ from wastewater using fly ash based geopolymer as an adsorbent
Golomeova et al. Application of some natural porous raw materials for removal of lead and zinc from aqueous solutions
CN106866175A (zh) 一种紫砂矿料轻质多孔陶粒及其制备方法
Javed et al. Synthesis of zeolite from marble powder waste: a greener approach and its application for the removal of inorganic metals from wastewater
RU2111172C1 (ru) Способ адсорбционной очистки воды
EP0912240B1 (en) Zeolite containing cation exchangers, methods for preparation, and use
Abdel-Hameed et al. Exploitation of industrial solid wastes for preparing zeolite as a value-added product and its kinetics as adsorbent for heavy metal ions
CZ310257B6 (cs) Způsob výroby havarijního adsorbentu na těžké kovy a adsorbent vyrobený tímto způsobem
Memedi et al. Removal of Cr (VI) from water resources by using different raw inorganic sorbents
RU2617492C1 (ru) Каталитический сорбент для очистки водных сред
JPH0429794A (ja) Ets―10型の広い細孔の分子ふるいを使用した、競合イオンを含有する水性系からの重金属、特に鉛の除去
CN116078343B (zh) 一种用于脱除废气中重金属的吸附剂及其制备方法
Abdugaffarova et al. New sorption materials on the basis of aluminosilicates for wasterwater treatment
RU147403U1 (ru) Фильтрующий материал для очистки питьевой воды от ионов железа и марганца
Ghonim et al. Synthesis and application of nanoporous adsorbents based on natural resource in dye removal from water
González et al. Trivalent chromium ion removal from aqueous solutions using low-cost zeolitic materials obtained from exhausted FCC catalysts
Bedelean et al. Zeolitic volcanic tuffs from Macicas (Cluj County), natural raw materials used for NH4+ removal from wastewaters
RU2682599C1 (ru) Способ получения сорбента на минеральной основе
RU2675866C1 (ru) Способ получения композиционного сорбента
RU2851020C1 (ru) Сорбент для почв и грунтов, загрязненных медью, свинцом и кадмием