Podsumowanie pracy
Przeprowadzono syntezę zeolitów z popiołów lotnych pochodzących z Elektrocie-płowni Wrocław. Syntezę poprzedziły szczegółowe badania dotyczące składu i właściwości zastosowanego popiołu lotnego. Badano uziarnienie próby, przeprowadzono analizę jako-ściową, badano skład wyciągów wodnych oraz przeprowadzono obserwację powierzchni czą-stek popiołu. Wyniki badań składu frakcyjnego wykazały, że około 73% stanowi frakcja po-niżej 0,05 mm. Zbadany skład jakościowy próby popiołu był następujący: SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO, Mn3O4, P2O5, K2O, TiO2 oraz C.
Wytypowano metodę syntezy, która będzie możliwie mało skomplikowana i ekono-micznie uzasadniona. Przeprowadzono modyfikację metody wybranej na podstawie literatury, tak aby ją dodatkowo uprościć i dostosować jej produkt do planowanego zastosowania w oczyszczaniu ścieków.
Proces syntezy realizowano w następujących warunkach: • NaOH: 2 mol/dm3,
• stężenie popiołu 100 g/dm3,
• zastosowane dodatki: NaCl- 10 g na 100 g popiołu, • temperatura reakcji: 100o C, czas reakcji: 6 godzin, • liczba płukań: 6,
• temperatura suszenia: 100o C, czas suszenia: 6 godzin.
Przeprowadzono porównanie składu materiału wejściowego oraz syntezowanych ze-olitów. Wyniki badań potwierdziły wystąpienie form zeolitycznych oraz przydatność bada-nych popiołów do syntezy z nich zeolitów.
Wykazano, że przeprowadzona modyfikacja procesu syntezy nie wpływa negatywnie na jakość jej produktu. Badania porównawcze zeolitów syntezowanych metodą pierwotną oraz zmodyfikowaną wykazały ich bardzo zbliżoną skuteczność usuwania metali.
Przeprowadzono badania porównawcze skuteczności usuwania metali na popiołach i syntezowanych zeolitach. Uzyskane rezultaty badań wskazują na celowość prowadzenia modyfikacji popiołów lotnych z uwagi na fakt, że w stosunku do większości badanych metali uzyskano znaczną poprawę skuteczności ich usuwania.
Wykazano, że badane zeolity znacznie lepiej niż popiół lotny usuwają takie metale, jak: miedź, cynk, kadm, ołów, nikiel, mangan oraz kobalt. Wyjątek stanowiły: rtęć oraz chrom, dla których lepszą skuteczność usuwania wykazywał popiół lotny.
Przeprowadzono badania oceniające jednorodność syntezowanego materiału. Wyniki badań porównawczych przeprowadzonych dla trójek jednakowych próbek nie wykazywały rozrzutu powyżej 10%. W ten sposób potwierdzono jednorodność syntezowanego materiału.
Przeprowadzone badania składu i właściwości uzyskanego zeolitu syntetycznego wy-kazały obecność mulitu i sylimanitu oraz następujących struktur zeolitycznych: NaAlSiO4, (NH4)3Al3Si3O12Cl, Na5Al3CSi3O12Cl, (Na2O)·0.33NaAlSiO4, Na8(AlSiO4)6(OH)2.4H2O, 1.0Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.73H2O, 1.08Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.8H2O.
Powierzchnia właściwa syntezowanego materiału wynosiła 66,67 m2/g, objętość wła-ściwa mikroporów: 0,003538 cm3/g, natomiast powierzchnia właściwa mikroporów była rów-na 8,60 m2/g.
Przeprowadzono badania dotyczące usuwania metali z roztworów wieloskładniko-wych (9, 7 i 5 metali). Wykazano przydatność zeolitów do zastosowania w usuwaniu metali z roztworów wieloskładnikowych. Skuteczność usuwania w roztworach wieloskładnikowych uszeregowana była następująco:
• 9 metali: Pb>Cr>Hg>Cd>Cu>Co>Mn>Ni>Zn, • 7 metali: Co>Cr>Cd>Zn>Ni>Mn>Cu,
• 5 metali: Cd>Co>Ni=Zn>Cu.
Jednocześnie wykazano, że skuteczność usuwania maleje wraz ze zwiększaniem się ilości różnych metali w roztworze. Wykazano także, że skuteczność usuwania poszczegól-nych metali zależy od składu badanego roztworu. Dla roztworu jednoskładnikowego szybkość usuwania cynku wynosiła od 0,1315 dm3/(g·min) (dla Co= 4,65 mgZn/dm3) do 0,00005 dm3/(g·min) (dla Co=14,86 mgZn/dm3). Przy tych samych stężeniach cynku w układzie dwu-składnikowym szybkość usuwania cynku wynosiła odpowiednio od 0,0582 dm3/(g·min) do 0,00009 dm3/(g·min).
4. Podsumowanie pracy
Z przebiegu krzywych kinetycznych wyznaczono współrzędne punktów równowago-wych dla poszczególnych metali a następnie pojemności sorpcyjne zeolitów, które wyniosły:
• cynk:4,43 mg Zn/g, • nikiel: 7,33 mg Ni/g, • ołów: 4,46 mg Pb/g.
Nie było możliwe wyznaczenie punktu równowagowego dla kadmu, dla którego prze-bieg krzywej kinetycznej ma charakter liniowy.
Przeprowadzono badanie rzędowości reakcji i wykazano, że we wszystkich przypad-kach w układach jedno i dwuskładnikowych zachodziły reakcje drugiego rzędu, czyli szyb-kość reakcji zależała od stężenia usuwanych metali w drugiej potędze.
Przeprowadzono analizę zależności stałej szybkości reakcji (K) od stężenia początko-wego metalu (Co). We wszystkich przypadkach uzyskano wykładnicze zależności:
• cynk: K = 1,4791 e-0,6904Co dm3/(g·min) • kadm: K= 3,1482 e-0,3822 Co dm3/(g·min) • nikiel: K = 579,8 e-0,9902 Co dm3/(g·min) • ołów: K = 10,841 e-0,7792Co dm3/(g·min)
Wykazano, że stan dynamicznej równowagi w procesie usuwania metali na badanych zeolitach syntetycznych jest najlepiej opisywany izotermą Langmuira o współczynnikach:
• Zn: xm = 11,71, b = 0,14 • Ni: xm = 17,48, b = 0,09 • Pb: xm = 8,94, b = 20,34
Wykazano, że najgorzej na zeolicie syntetycznym usuwa się kadm, dla którego wy-znaczono zależność liniową: y=1,0301x – 0,0091.
Przeprowadzono analizę mechanizmu usuwania metali ze ścieków. Badano stężenie sodu w wyciągach wodnych popiołu, zeolitu oraz w próbkach pochodzących z usuwania me-tali na zeolitach, w których usuwano cynk, kadm oraz cynk wspólnie z kadmem. W próbkach z procesu usuwania metali zaobserwowano dwie tendencje. Stężenie sodu w badanych prób-kach było tym większe im większe było stężenie początkowe usuwanego metalu oraz stężenie sodu wzrastało w miarę wydłużania czasu kontaktu. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że w procesie usuwania metali z roztworów wodnych na badanych zeolitach syntetycznych wymiana jonowa ma istotne znaczenie oraz, że wymiana jonowa zachodzi przez cały czas kontaktu zeolitu z roztworem metalu.
Porównano zmiany stężenia usuwanych metali względem zmiany stężenia sodu w próbkach. Wykazano, że wraz z upływem czasu oraz przy większych stężeniach usuwa-nych metali następowało wyczerpywanie się potencjału jonowymiennego i wzrastał udział sorpcji fizycznej jako procesu decydującego o usunięciu metali z roztworów.
Przeprowadzono badania nad zastosowaniem zeolitów syntetycznych w usuwaniu me-tali ze ścieków galwanicznych. Wykazano skuteczność usuwania zarówno cynku jak i pozo-stałych obecnych w ściekach metali. Dla ścieków, w których stężenie cynku wynosiło 130 mg/dm3 w celu obniżenia stężenia cynku do normatywnego poziomu 2 mg/dm3, konieczne było dawkowanie zeolitu w ilości 50 g/dm3. Wykazano, że zastosowanie zeolitów syntetycz-nych umożliwiło uzyskanie stężeń poniżej wartości normatywsyntetycz-nych dla wszystkich metali wy-stępujących w testowanych ściekach.
Przeprowadzono badania służące sprawdzeniu możliwości odzysku cynku ze zużytych zeolitów syntetycznych w celu ich zagospodarowania. Wykazano, że skuteczność odzysku cynku wynosi około 35%.
Zaproponowano kilka dodatkowych, możliwych do zastosowania metod zagospoda-rowania zużytych zeolitów syntetycznych.
5. Wnioski końcowe