Naslov
SINTEZA GEOPOLIMERA IZ LETEĆEGA PEPELA I NJEGOVA PRIMJENA KAO ADSORBENSA
(SYNTHESIS OF A FLY ASH-BASED GEOPOLYMER AND ITS APPLICATION AS AN ADSORBENT)

Autori
Mužek, Mario Nikola

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
17.07

Godina
2014

Stranica
161

Mentor
Zelić, Jelica ; Ivanković, Hrvoje

Ključne riječi
bakar ; izoterme ; kinetika ; kobalt ; sintetizirani geopolimer
(cobalt ; copper ; equilibrium ; isotherms ; kinetics ; geopolymer)

Sažetak
Istražena je sinteza geopolimera, temeljenog na alkalijskoj aktivaciji letećeg pepela iz domaće termoelektrane (TE Plomin 2, Plomin) ložene ugljenom, s osnovnim ciljem sinteze i razvoja novih, kvalitetnijih, ekološki prihvatljivih i ekonomski povoljnijih anorganskih materijala. Metodama rendgenske difrakcijske analize (XRD), infracrvene spektroskopije (FTIR) i pretražne elektronske mikroskopije s energijsko-disperzijskom spektrometrijom (SEM/EDS) praćeno je nastajanje i izvršena karakterizacija reakcijskih produkata. Uočeno je da staklasta faza iz letećeg pepela reagira s otopinom aktivatora, a glavni produkt reakcije geopolimerizacije je amorfni alkalijski alumosilikat. Njegovo stvaranje potvrđuju apsorpcijske vrpce karakteristične za asimetrično istezanje veze T – O (T = Si ili Al) pri nižim valnim brojevima (1023 cm-1) u odnosu na iste prisutne u izvornom uzorku letećeg pepela (1089 cm-1). Na uzorku sintetiziranog geopolimera određeni su: stupanj reakcije i tlačne čvrstoće (poslije 3, 7 i 28 dana). Nastali geopolimer, Na2O×1, 44Al2O3×6, 63SiO2×11, 19H2O, strukturno je vrlo sličan zeolitu, ali je većeg stupnja amorfnosti. Na sintetiziranom geopolimeru istraživana je ravnoteža i kinetika sorpcije bakra i kobalta u šaržnom reaktoru pri različitim početnim koncentracijama teških metala, bakra (3, 881 mmol dm-3 – 39, 390 mmol dm-3) i kobalta (4, 080 mmol dm-3 do 39, 182 mmol dm-3), pri različitim temperaturama (298 K, 308 K te 318 K) i uz stalno miješanje pri brzini od 200 okr min-1 (ravnotežna ispitivanja) i 240 okr min-1 (kinetička ispitivanja) te uz stalnu veličinu čestica sintetiziranog geopolimera (0, 071 – 0, 090 mm). Ispitivano je djelovanje početne koncentracije teškog metala (bakra, odnosno kobalta) i temperature na ravnotežnu količinu vezanog teškog metala. Isto tako, ovaj proces ispitan je i s termodinamičkog gledišta. Provedena je analiza otopine nakon uspostave ravnoteže i s obzirom na dobiveni sastav, pretpostavka je kako se veći dio teškog metala, koji se veže na sintetizirani geopolimer, izmijenio s natrijevim ionima, dok se manji dio teškog metala adsorbirao na sintetizirani geopolimer, tj. vezanje se vrši tzv. procesom sorpcije. Na eksperimentalno dobivene rezultate testirane su četiri dvoparametarske izoterme (Langmuirova, Freundlichova, Jovanovićeva i Dubinin-Radushkevicheva), tri troparametarske (Hillova. Redlich-Petersonova i Sipsova) te dvije četveroparametarske (Fritz-Schlünderova i Bauduova) izoterme. Najbolje slaganje s eksperimentalno dobivenim rezultatima pokazuju izoterme koje opisuju jednoslojnu sorpciju na homogenu površinu ; od dvoparametarskih izotermi: Langmuirova i Jovanovićeva, od troparametarskih izotermi: Hillova i Redlich-Petersonova dok je kod modela četveroparametarskih izotermi postignuto loše slaganje. Vrijednosti izračunatih termodinamičkih parametara ukazuju da je sorpcija ispitivanih teških metala na sintetiziranom geopolimeru endoterman i spontan proces ; spontanost samog procesa raste porastom temperature, ali opada porastom početne koncentracije teškog metala pri kojoj se vrši uklanjanje. Uočeno je da kinetika sorpcije ovisi o temperaturi i o početnoj koncentraciji ispitivanog teškog metala: porastom temperature i početne koncentracije raste kapacitet sorpcije. Testirana su tri kinetička modela (Lagergrenov model, Elovichev model te Blanchardov model), a kinetički model koji najbolje opisuje eksperimentalno dobivene podatke je Blanchardov model, koji se temelji na pretpostavci da se dva iona natrija zamjenjuju s jednim ionom teškog metala (bakra, odnosno kobalta). Razvijen je i precizirani Blanchardov model kojim se može predvidjeti kinetika sorpcije za različite početne koncentracije bakrova(II) nitrata kao teškog metala. Međutim, za sada nije nađena matematička ovisnost koja bi mogla dovoljno precizno opisati ovisnost konstante brzine o početnoj koncentraciji kobaltova(II) nitrata.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemijsko inženjerstvo

POVEZANOST RADA