Synteza zeolitów z perlitu i ich zdolno ci sorpcyjne

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 2, (2014), 129-134 www.ptcer.pl/mccm Synteza zeolitów z perlitu i ich zdolno ci sorpcyjne MAGDALENA KRÓL*, JUSTYNA MORAWSKA, W ODZIMIERZ MOZGAWA, WALDEMAR PICHÓR, KATARZYNA BARCZYK AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia In ynierii Materia owej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków *e-mail: mkrol@agh.edu.pl Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki bada nad procesem syntezy materia u zeolitowego z odpadowej frakcji pylastej powsta ej przy produkcji perlitu ekspandowanego. Przeanalizowano wp yw st enia i ilo ci roztworu NaOH, temperatury oraz czasu syntezy na rodzaj i ilo powsta ych produktów. W zale no ci od warunków, w jakich prowadzony by proces, zidenty kowane na podstawie rentgenowskiej analizy fazowej (XRD) produkty to: zeolit Na-P 1, zeolit X, zeolit A oraz hydroksysodalit. Obecno faz zeolitowych potwierdzi y pomiary spektroskopowe w zakresie rodkowej podczerwieni oraz obserwacje w mikroskopie skaningowym. Stwierdzono, e istnieje mo liwo optymalnego doboru parametrów syntezy zeolitów; ju po 24 h w temperaturze przynajmniej 60 C i przy st eniu NaOH powy ej 3,0 mol/dm 3 mo liwe jest efektywne przekszta cenie perlitu w materia zeolitowy. Na podstawie analizy sk adu fazowego (zawarto zeolitów A oraz X) oraz mikrostruktury uzyskanych próbek wyselekcjonowano te o potencjalnie wysokich zdolno ciach sorpcyjnych. Wyznaczono pojemno ci sorpcyjne wybranych próbek. Stwierdzono, e sodowe zeolity uzyskane w procesie syntezy z perlitu ekspandowanego mog by z powodzeniem wykorzystywane w procesach sorpcyjnych. S owa kluczowe: zeolity, perlit ekspandowany, synteza hydrotermalna, sorbent SYNTHESIS OF ZEOLITES FROM PERLITE AND THEIR SORPTION PROPERTIES The paper presents research in synthesis of zeolites using waste dusty fractions coming from the production of expanded perlite. The in uence of concentration and amount of a aqueous solution of NaOH together with temperature and time of synthesis on the type and quantity of the resulting products was analyzed. Depending on the process conditions, zeolite Na-P 1, zeolite X, zeolite A, and hydroxysodalite were the products identi ed by X-ray diffraction analysis (XRD). The presence of the zeolite phases has been con rmed by mid -infrared spectroscopic measurements and scanning electron microscope observations. It has been found that it is possible to optimize the synthesis parameters. The perlite dust transforms into the zeolitic material just after 24 h synthesis in the NaOH aqueous solution of concentration above 3.0 mol/dm 3 at 60 C. Basing on the content of the A and X zeolites, and the microstructure of the obtained samples, the zeolite materials of potentially high sorption capacity were selected. Cation exchange capacities of the selected samples were determined. It has been found that sodium zeolites obtained from the perlite dust can be successfully used in sorption processes. Keywords: Zeolites, Expanded perlite, Hydrothermal synthesis, Sorbent 1. Wst p Zeolity to glinokrzemiany szkieletowe, zbudowane z sieci tetraedrów [AlO 4 ] -5 i [SiO 4 ] -4, po czonych ze sob wspólnymi atomami tlenu. Jednak w porównaniu z innymi minera- ami grupy tektoglinokrzemianów odznaczaj si specy cznymi w a ciwo ciami, b d cymi konsekwencj ich budowy. Ze wzgl du na specy czny sposób po czenia tetraedrów, który generuje istnienie wolnych przestrzeni w strukturze kana ów i komór o ci le okre lonych wymiarach oraz na obecno nadmiarowego adunku powierzchniowego, zeolity odznaczaj si bardzo dobrymi w a ciwo ciami jonowymiennymi [1]. Znanych jest oko o 40 naturalnie wyst puj cych struktur zeolitowych, natomiast ponad 100 mo na uzyska w warunkach laboratoryjnych [2]. Mi dzy innymi mo liwe s syntezy z wykorzystaniem materia ów odpadowych, jako no ników SiO 2 i Al 2 O 3. Zeolity szeroko otrzymuje si mi dzy innymi z popio ów lotnych [3 5]. Najszerzej wykorzystywan w tego typu procesach jest metoda hydrotermalna, polegaj ca na k pieli reakcyjnej analizowanego materia u w roztworze wodorotlenku, najcz ciej sodu, w podwy szonej temperaturze przy atmosferycznym lub podwy szonym ci nieniu [3]. Jednym z g ównych problemów podczas produkcji perlitu ekspandowanego jest powstawanie du ej ilo ci frakcji pylastej. Charakteryzuje si ona nisk g sto ci, a co za tym idzie wysok lotno ci, co sprawia, e jest ona bardzo trudna do zagospodarowania. Jednak ze wzgl du na glinokrzemianowy charakter (du a zawarto tlenku krzemu i glinu), jednym z pomys ów wykorzystania tego odpadu jest synteza zeolitów. Analiza zwi zanej z tematem literatury wskazuje na mo liwo zaj cia takiego procesu [6 9]. Celem niniejszej pracy jest ocena mo liwo ci zastosowania odpadu powsta ego przy produkcji perlitu ekspandowanego do syntezy materia u zeolitowego, a nast pnie analiza sk adu i struktury uzyskanych produktów zeolityzacji. 129

M. KRÓL, J. MORAWSKA, W. MOZGAWA, W. PICHÓR, K. BARCZYK Tabela 1. Sk ady chemiczne odpadów perlitowych u ytych do syntezy zeolitów. Table 1. Chemical compositions of perlitic wastes applied for synthesis of zeolites. Rodzaj odpadu L BS BW T Udzia sk adnika [% mas.] SiO 2 70,93 73,63 73,99 75,39 Al 2 O 3 12,29 13,73 13,07 13,36 K 2 O 7,08 5,12 5,12 4,11 Na 2 O 2,27 3,27 3,48 4,61 Fe 2 O 3 3,81 2,36 2,22 1,22 CaO 2,31 1,17 1,49 0,97 MgO 0,32 0,31 0,17 0,11 TiO 2 0,45 0,19 0,21 0,07 pozosta e 0,54 0,22 0,25 0,16 SiO 2 /Al 2 O 3 5,77 5,36 5,66 5,64 2. Materia i metodyka bada Do syntez materia u zeolitowego u yto pi ciu rodzajów odpadów perlitowych, uzyskanych przy produkcji perlitu ekspandowanego, pochodz cych z nast puj cych zak adów: LAKMA SAT sp. z o.o. w Cieszynie (próbka L ), PERLIPOL S.C. w Be chatowie ( BS ruda S owacka i BW ruda W gierska) oraz ZSChiM PIOTROWICE II sp. z o.o. w Tarnobrzegu ( T ). Analiza sk adu fazowego (XRD) potwierdzi- a, e badane materia y stanowi w g ównej mierze glinokrzemianow faz amor czn z ewentualnymi niewielkimi wtr ceniami skaleni i minera ów ilastych. Sk ady chemiczne, wyznaczone na podstawie rentgenowskiej spektrometrii uorescencyjnej (WD-XRF, PANalytical Axios max 4kW) przedstawiono w Tabeli 1. Stosunek ilo ciowy g ównych sk adników (SiO 2 /Al 2 O 3 ), wa nych z punktu widzenia reakcji syntezy zeolitów waha si od 5,36 do 5,77. Reakcj prowadzono w warunkach hydrotermalnych pod ci nieniem atmosferycznym, stosuj c ró ne temperatury syntezy (30 90 C) i st enia wodorotlenku sodu z zakresu 3,0 5,0 mol/dm 3. Standardowo syntez prowadzono na 1-gramowych próbkach perlitu. Stosunek ilo ci fazy sta ej do ilo ci roztworu reakcyjnego ustalono na sta ym poziomie S/L = 1:15, aczkolwiek sprawdzono równie jak zmniejszenie ilo ci roztworu reakcyjnego wp ywa na sk ad fazowy produktu. Po 24 h, 48 h lub 72 h utrzymywania w sta ej temperaturze produkt oddzielono i przemyto wod destylowan do uzyskania ph eluentu < 10. Uzyskane próbki wysuszono, przetrzymuj c je w temperaturze nieprzekraczaj cej 80 C przez 24 h. Sk ad fazowy uzyskanych próbek okre lono przy u yciu analizy rentgenowskiej (XRD), wykonanej metod licznikow za pomoc dyfraktometru Philips X-ray difractometer X Pert system (promieniowanie CuK ). Zakres rejestracji obrazów dyfrakcyjnych wynosi 5 60 (2 ), przy szybko ci rejestracji wynosz cej 0,05 (2 ) / 2 s. Analizy morfologii wybranych materia ów wykonano za pomoc elektronowego mikroskopu skaningowego FEI Nova NanoSEM 200. Obecno struktur zeolitowych potwierdzono poprzez pomiary spektroskopowe FT-IR w zakresie rodkowej podczerwieni (4000 400 cm 1 ). Pomiary wykonano technik pastylkow z KBr (Merck) z wykorzystaniem pró niowego spektrometru fourierowskiego Bruker Vertex 70v. Widma rejestrowano w skali absorbancji ze zdolno ci rozdzielcz 4 cm 1, mierz c 128 skanów. 3. Wyniki z dyskusj Celem niniejszych bada by o przeanalizowanie mo liwo- ci uzyskania materia u zeolitowego z odpadu powsta ego przy produkcji perlitu ekspandowanego. Po przeprowadzeniu syntez otrzymane próbki przeanalizowano pod k tem wp ywu temperatury, st enia NaOH oraz czasu syntezy na rodzaj i ilo otrzymanych faz krystalicznych. Na Rys. 1 przedstawiono przyk adow seri dyfraktogramów próbek otrzymanych przy zastosowaniu perlitu BS. W zale no ci od parametrów syntezy, zidenty kowane fazy to zeolit Na- P1, zeolit X, zeolit A oraz hydroksysodalit. Stwierdzono, e mo liwa jest synteza zeolitów z wykorzystaniem perlitu ekspandowanego ju w temperaturze 60 C. Poni ej tej warto ci reakcja nie zachodzi, aczkolwiek nale y zaznaczy, e odpowiednie wyd u enie ekspozycji na dzia anie wodorotlenku powinno skutkowa obni eniem tej granicy. W temperaturze 60 C w czasie 24 h ju przy st eniu NaOH wynosz cym 3,5 mol/dm 3 zaczynaj pojawia si pierwsze ilo ci faz krystalicznych; jako pierwsze zaczynaj krystalizowa struktury typu faujazytu, czyli zeolit X. Jest to faza dominuj ca przy stosunkowo najni szych st eniach wodorotlenku i temperaturach. Najwi ksze ilo ci zeolitu X uzyskano w 70 C przy st eniu NaOH wynosz cym 4,0 mol/dm 3. Pocz wszy od tej temperatury w uk adzie pojawia si kolejna faza krystaliczna, któr jest zeolit Na-P 1. Z kolei w najwy szych analizowanych temperaturach i przy wysokich wykorzystanych st eniach NaOH faz dominuj ca jest hydroksysodalit. Mo na wi c stwierdzi, e najtrwalszym produktem powstaj cym w analizowanych warunkach jest zeolit Na-P 1 [6]. W wyniku reakcji z ni szymi analizowanymi st eniami NaOH faz wspó wyst puj c z zeolitem Na-P 1 jest zeolit X, natomiast przy wysokich st eniach wodorotlenku w du ych ilo ciach powstaje hydroksysodalit. 130 130 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 2, (2014)

SYNTEZA ZEOLITÓW I ICH ZDOLNO CI SORPCYJNE Rys. 1. Rentgenogramy próbek uzyskanych z perlitu BS w czasie 24 h w zale no ci od temperatury reakcji i st enia NaOH (X zeolit X; A zeolit A; P zeolit Na-P 1 ; S sodalit). Fig. 1. X-ray diffraction patterns of the samples obtained from perlite BS at 24 h as a function of temperature and concentration of NaOH solution (X zeolite X; A zeolite A; P zeolite Na-P 1 ; S sodalite). Podobnie jak temperatura i st enie wodorotlenku, na syntez zeolitów wp ywa czas syntezy (Rys. 2); jego wyd u enie skutkuje przekszta caniem zeolitu X w zeolit Na- P 1 a nast pnie hydrosodalit. Ró nice w przebiegu procesu syntezy, spowodowane wyd u enie czasu reakcji z 24 h do 72 h nie s jednak znaczne. Rys. 2. Rentgenogramy próbek uzyskanych w wyniku reakcji perlitu T z 4-molowym roztworem NaOH w 60 C w zale no ci od czasu syntezy. Fig. 2. X-ray diffraction patterns of the samples obtained from perlite T and 4.0 M NaOH at 60 C as a function of synthesis time. Porównuj c wyniki analizy sk adu fazowego pozosta ych serii próbek (uzyskanych z pozosta ych perlitów) stwierdzono, e proces jest powtarzalny. Mimo ró nic w ilo ci poszczególnych faz powstaj cych w danych warunkach, wynikaj cych z ró nic w sk adach chemicznych oraz przede wszystkim fazowych (domieszek krystalicznych) materia ów wyj ciowych, powy sze tendencje jako ciowe pozostaj zachowane. Obecno struktur zeolitowych potwierdzono poprzez pomiar widm w zakresie rodkowej podczerwieni (Rys. 3). W widmach zeolitów wyró ni mo emy kilka grup pasm: pasma zwi zane z drganiami grup OH i wody zeolitowej, wyst puj ce w zakresie 3700 1600 cm 1 ; pasma pochodz ce od drga wewn trznych wi za Si O(Si) i Si O(Al) w zakresie 1200 400 cm 1 ; pasma w zakresie pseudosieciowym, czyli 800 500 cm 1, pochodz ce od drga ponadtetraedyczych jednostek strukturalnych (pier cieni zbudowanych z tetraedrów krzemo- oraz glinotlenowych; pasma poni ej 400 cm 1, czyli w dalekiej podczerwieni, pochodz ce od drga sieciowych i/lub drga typu Me O. Spadek szeroko ci po ówkowej, najbardziej intensywnego z pasm, przy oko o 1060 cm 1 wskazuje na zwi kszaj cy si udzia faz krystalicznych wraz ze wzrostem temperatury syntezy. Posta widm w podczerwieni potwierdza stwierdzon na podstawie analizy sk adu fazowego graniczn temperatur zeolityzacji, wynosz c 50 C. Pocz wszy od temperatury 60 C szeroko po ówkowa pasm pochodz cych od glinokrzemianowej struktury materia u znacz co si zmniejsza. Jakkolwiek, mo na zauwa y, e pierwsze ilo ci fazy krystalicznej pojawiaj si ju w 50 C. wiadczy o tym mi dzy innymi rozdzielenie si pasma przy oko o 1053 cm 1 na dwa pasma sk adowe oraz nieznaczne zmiany w widmie w zakresie 850 500 cm 1. 131 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 2, (2014) 131

M. KRÓL, J. MORAWSKA, W. MOZGAWA, W. PICHÓR, K. BARCZYK Wraz ze wzrostem temperatury procesu, pasmo o najwy szej intensywno ci integralnej, po o one przy oko o 1060 cm 1, przesuwa si w stron wy szych liczb falowych. Taka sytuacja wiadczy o zwi kszaj cym si udziale glinu w pozycjach tetraedrycznych w porównaniu do materia u wyj ciowego. D ugo wi zania Al O jest wi ksza ni wi zania Si O, a dodatkowo charakteryzuje si ono mniejsz sta si ow [10]. Mo na zauwa y, e pozycja analizowanego pasma nie zmienia si ju znacz co dla próbek uzyskanych w temperaturze przekraczaj cej 60 C (Rys. 2). Analiza sk adów tlenkowych produktów zeolityzacji, wyznaczonych na podstawie wyników XRF (Tabela 2), potwierdza zachodzenie procesu desilikacji struktury perlitu pod wp ywem dzia- ania roztworu NaOH. Wi ksza temperatura i/lub st enie NaOH powoduje w wi kszym stopniu degradacj struktury materia u wyj ciowego. Proces ten bez w tpienia b dzie mia wp yw na rodzaj powstaj cych produktów reakcji. Analizuj c zakres pseudosieciowy widm, czyli zakres 800 500 cm 1, mo na zaobserwowa pasma, które s zwi zane z charakterystycznymi dla zeolitów drganiami pier cieni tetraedrów krzemo- i glinotlenowych. Na podstawie sekwencji u o enia pasm w tym zakresie mo liwa jest identy kacja danego zeolitu [11]. Obecno pasm przy oko o 750 cm 1 oraz 670 cm 1 zwi zana jest z drganiami pier cieni 6-cz onowych [12], które wyst puj zarówno w strukturach typu faujazytu (zeolit X), jak i gismondytu (zeolit Na-P 1 ). Widmo próbki otrzymanej w 90 C z wykorzystaniem 5-molowego roztworu NaOH (Rys. 3) charakteryzuje si wyst powaniem grupy trzech pasm o niewielkiej szeroko ci po ówkowej przy 725 cm 1, 703 cm 1 i 665 cm 1, które jednoznacznie wiadcz o obecno ci sodalitu. Analizuj c morfologi wybranych próbek za pomoc elektronowego mikroskopu skaningowego stwierdzono, e otrzymane zeolity narastaj na ziarnach perlitu, tworz c aglomeraty o du ym rozwini ciu powierzchni. Na Rys. 4 Rys. 3. Widma MIR próbek uzyskanych w wyniku reakcji perlitu BS z 5-molowym roztworem NaOH w czasie 24 h w zale no ci od temperatury reakcji. Fig. 3. MIR spectra of the samples obtained from perlite BS and 5.0 M NaOH at 24 h as a function of temperature. Rys. 4. Zdj cia SEM próbek uzyskanych w wyniku reakcji perlitu BS z 5-molowym roztworem NaOH w 90 C i w czasie 24 h, uzupe nione o analiz pierwiastkow EDAX we wskazanych punktach: a) produkt syntezy, b) nieprzereagowana p ytka perlitowa. Fig. 4. SEM images of the samples obtained from perlite BS and 5.0 M NaOH at 90 C and 24 h, supplemented with EDAX elemental analysis at selected points: a) synthesized product, b) unreacted perlite plate. 132 132 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 2, (2014)

SYNTEZA ZEOLITÓW I ICH ZDOLNO CI SORPCYJNE Tabela 2. Sk ady chemiczne próbek uzyskanych w wyniku reakcji perlitu T z 4-molowym roztworem NaOH w czasie 24 h w zale no ci od temperatury syntezy. Table 2. Chemical analysis of the samples obtained from perlite T in 4.0 M NaOH and at 24 has a function of temperature of the synthesis. Temperatura syntezy 30 C 50 C 70 C 90 C Udzia sk adnika [% mas.] SiO 2 74,87 66,84 40,46 38,21 Al 2 O 3 14,26 17,85 30,16 29,10 Na 2 O 5,58 9,82 24,92 27,96 K 2 O 3,13 2,57 0,72 0,34 Fe 2 O 3 0,89 1,30 1,73 2,10 CaO 0,75 1,19 1,65 1,82 MgO 0,12 0,16 0,17 0,18 TiO 2 0,05 0,08 0,08 0,09 pozosta e 0,35 0,19 0,11 0,20 SiO 2 /Al 2 O 3 5,25 3,75 1,34 1,31 Rys. 5. Rentgenogramy próbek uzyskanych w wyniku reakcji perlitu T z 4-molowym roztworem NaOH w czasie 24 h w temperaturze 70 C w zale no ci od wspó czynnika S/L i obj to ci uk adu reakcyjnego. Fig. 5. X-ray diffraction patterns of the samples obtained from perlite T and 4.0 M NaOH at 70 C and 24 h as a function of S/L ratio and volume of the reaction system. przedstawiono zdj cia SEM produktu reakcji perlitu BS z 5-molowym roztworem NaOH w temperaturze 90 C. Perlit ulega zeolityzacji tylko w wy szych temperaturach, zachowuj c pokrój wyj ciowych ziarn (Rys. 4a). Zaobserwowa mo na równie pozosta o ci nieprzereagowanych p ytek perlitowych (Rys. 4b). Analiza sk adu pierwiastkowego (EDAX) w wybranych punktach potwierdzi a, e perlit odznacza si wy sz zawarto ci krzemu, ni uzyskany produkt. Sprawdzono, czy ilo roztworu reakcyjnego w stosunku do ilo ci materia u wyj ciowego (wspó czynnik S/L) ma wp yw na rodzaj powstaj cych faz zeolitowych. Równocze- nie przeprowadzono pierwsze próby skalowania procesu. W tym celu przeprowadzono seri syntez na 1-gramowych oraz 15-gramowych próbkach materia u perlitowego, przy uwzgl dnieniu stosunku S/L wynosz cego 1:10 oraz 1:15. Wyniki uzyskane dla perlitu T przedstawiono na Rys. 5. Stwierdzono, e wp yw zastosowanej ilo ci NaOH na uzyskiwane rentgenogramy jest minimalny. Podobnie, zwi kszenie obj to ci uk adu reakcyjnego nie przejawi o si zmian sk adu fazowego produktu reakcji. Jedn z potencjalnych mo liwo ci zastosowania materia- u zeolitowego uzyskanego z surowców odpadowych takich jak perlit jest wykorzystanie w procesach sorpcji, np. metali ci kich. Dlatego produkty syntez przeanalizowano pod k tem pojemno ci sorpcyjnej (CEC). Wyniki zestawiono w Tabeli 3. Dla porównania, uzyskana warto dla perlitu przed reakcj wynosi 0,16 meq/g. Wszystkie badane próbki charakteryzuj si stosunkowo wysok pojemno ci sorpcyjn [1]. Parametr ten ro nie ze st eniem w przypadku próbek uzyskanych w temperaturze 60 C, co wynika z wzrostu ilo ci powstaj cych produktów reakcji. W temperaturach 70 C i 80 C tendencja ta jest jednak odwrotna. Fakt ten znajduje jednak wyja nienie w analizie sk adów fazowych oraz mikrostruktury produktów zeolitowych uzyskanych w ró nych warunkach. Spo ród uzyskanych faz najwi ksz pojemno ci sorpcyjn oraz obj to ci wolnych przestrzeni w glinokrzemianowych szkielecie charakteryzuje si zeolit Y [1]. Jego najwi ksze ilo ci uzyskano w temperaturze 70 C z zastosowaniem 4-molowego roztworu NaOH. Podobnie przy tym samym st eniu najwi ksze ilo ci tej fazy uzyskano w 80 C. Podwy szanie st enia w ka dej z temperatur prowadzi do powstawania bardziej zwartej struktury sodalitu, która charakteryzuje si gorszymi parametrami z punktu widzenia procesów sorpcyjnych. Analiza mikrostruktury opisywanej próbki, zilustrowanej na Rys. 6, wskazuje na du e rozwini cie powierzchni. Najwy sz pojemno ci sorpcyjn charakteryzuj si próbki otrzymane w najwy szej temperaturze i przy najwy szym zastosowanym st eniu NaOH. Ma to prawdopodobnie zwi zek z najwi kszym stopniem przereagowania perlitu, a tym samym z najwi ksz ilo ci uzyskanych produktów reakcji, mimo e jest to g ównie sodalit. Nie bez znaczenia wydaje si równie wysoki udzia glinu w otrzymanych strukturach; niski stosunek SiO 2 /Al 2 O 3 (Tabela 2) oznacza pojawienie si wi kszej ilo ci pozycji kationowymiennych. 133 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 2, (2014) 133

M. KRÓL, J. MORAWSKA, W. MOZGAWA, W. PICHÓR, K. BARCZYK Tabela 3. Pojemno ci sorpcyjne (CEC) materia ów zeolitowych uzyskanych z perlitu T w czasie 24 h w zale no ci od temperatury i st enia NaOH. Table 3. Sorption capacities (CEC) of zeolite materials obtained from perlite T at 24 h as a function of temperature and NaOH concentration. St enie NaOH [mol/dm 3 ] Temperatura [ C] 60 70 80 90 Pojemno sorpcyjna [meq/g] 4,0 3,42 4,44 4,73 4,33 4,5 3,70 4,29 4,48 4,73 5,0 4,13 4,02 4,44 5,04 Pomimo u ycia ró nych materia ów perlitowych pochodz cych z kilku róde i ró ni cych si sk adem, nie stwierdzono wyra nych zmian w przebiegu procesu syntezy. Mo na zatem powiedzie, e proponowana procedura jest metod uniwersaln, pozwalaj c w atwy sposób uzyska materia o dobrych w a ciwo ciach sorpcyjnych. Podzi kowanie Praca nansowana ze rodków przyznanych przez Narodowe Centrum Bada i Rozwoju, jako projekt badawczy nr PBS1 177 206. Literatura Rys. 6. Zdj cie SEM próbki zeolitu uzyskanej w wyniku reakcji perlitu T z 4-molowym roztworem NaOH w 70 C i w czasie 24 h. Fig. 6. SEM image of zeolite sample obtained from perlite T and 4.0 M NaOH at 70 C and 24 h. 4. Wnioski Stwierdzono, e odpad powsta y przy produkcji perlitu ekspandowanego jest obiecuj cym materia em do syntezy zeolitów. W wyniku zastosowania k pieli reakcyjnej ju w temperaturze 60 C pod ci nieniem atmosferycznym przy wykorzystaniu NaOH o st eniu 3,5 mol/dm 3 mo na uzyska materia zeolitowy. Mo liwymi do uzyskania fazami s zeolit Na-P1, zeolit X, zeolit A oraz hydroksysodalit. Sk ad fazowy produktu zale y od parametrów syntezy, g ównie temperatury i st enia NaOH, jednak w danych warunkach, bez wzgl du na pochodzenie wyj ciowego perlitu, zostaje on bez zmian jako ciowych. Podobnie wyd u enie czasu reakcji tylko nieznacznie wp ywa na zwi kszenie ilo ci produktu. Natomiast ilo roztworu reakcyjnego (stosunek S/L) nie wp ywa na sk ad produktu. Otrzymane produkty mog by potencjalnie wykorzystany jako sorbenty. Materia charakteryzuj cy si najlepszymi zdolno ciami sorpcyjnymi mo na otrzyma z zastosowaniem 4-molowego roztworu NaOH w temperaturze 70 80 C w czasie 24 godzin. Wyd u enie czasu syntezy, podwy szenie temperatury czy st enia roztworu reakcyjnego prowadzi do powstawania sodalitu, czyli fazy o potencjalnie gorszych parametrach sorpcyjnych. [1] Ciciszwili, G. W., Andronikaszwili, T. G., Kirow, G. N., Filizowa,. D.: Zeolity naturalne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1990. [2] Gottardi, G., Galli, E. (red.): Natural Zeolites, Mineral and Rocks, 18, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1985. [3] Suchecki, T. T.: Zeolity z popio ów lotnych. Otrzymywanie i aplikacje w in ynierii rodowiska, Zak ad Narodowy im. Ossoli skich Wydawnictwo, Wroc aw,2005. [4] Querol, X., Umana, J. C., Plana,F., Alastueya, A., Lopez-Soler, A., Medinaceli, A., Valero, A., Domingo, M. J., Garcia-Rojo, E.: Synthesis of zeolites from y ash at pilot plant scale. Examples of potential applications, Fuel, 80, (2001), 857 865. [5] Franus, W., Wdowin, M.: Wykorzystanie popio ów lotnych klasy F do produkcji materia u zeolitowego na skal pó techniczn, Polityka Energetyczna, 14, 2, (2011), 79 91. [6] Khodabandeh, S., Davis, M. E.: Alteration of perite to calcium zeolites, Microporous Materials, 9, (1997), 161 172. [7] Barth-Wirsching, U., Höller, H., Klammer, D., Konrad, B.: Synthetic zeolites formed from expanded perlite: type, formation conditions and properties, Mineralogy and Petrology, 48, (1993), 275 294. [8] Tangkawanit, S.: Synthesis of zeolites from perlite and study of their ion exchange properties, Suranaree University of Technology, 2004. [9] Christidis, G. E., Phapaliars, I., Kontopoulos, A.: Zeolitization of perlite nes: mineralogical characteristics of the end product and mobilization of chemical elements, Appl. Clay Sci., 15, (1999), 305 324. [10] Fernández-Jiménez, A., Palomo, A.: Mid-infrared spectroscopic studies of alkali-activated y ash structure, Microporous and Mesoporous Materials, 86, (2005), 207 214. [11] Mozgawa, W.: Spektroskopia oscylacyjna zeolitów, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, 2007. [12] Mozgawa, W.: The relation between structure and vibrational spectra of natural zeolites, J. Molecular Structure, 596, (2001), 129 137. Otrzymano 25 listopada 2013, zaakceptowano 30 stycznia 2014 134 134 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 2, (2014)