SORBCIJAS SPĒJAS IZAIŅA - LU...Aktualitāte • Aktuāls kļūst jautājums par arvien pieaugošā...

KERAMIKAS GRANULU SORBCIJAS SPĒJAS IZMAIŅA

Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas fakultāte Silikātu materiālu institūts

RĪGAS TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE

Ruta Švinka, Oskars Leščinskis, Visvaldis Švinka

Valsts pētījumu programma (2014.-2017.) projekta Nr.5 «Zemes dzīļu resursu izpēte-

jauni produkti un tehnoloģijas (Zeme)» apakšprojekts Nr.4 «Augsti poraina keramika

ar aktivētu virsmu»

Aktualitāte

• Aktuāls kļūst jautājums par arvien pieaugošā

piesārņojuma samazināšanu vai novēršanu.

• Ūdens attīrīšana, izmantojot keramiskos materiālus.

• Keramiskiem materiāliem piemīt ķīmiskā, termiskā un

mehāniskā stabilitāte un augsta selektivitāte, kā arī tie ir

samērā lēti.

• Keramiskos materiālus ir iespējams papildus aktivēt.

2

Darba mērķis

Noteikt paātrināto elektronu starojuma ietekmi uz māla granulu sorbcijas spēju.

3

Izmantotie māli Kupravas māli: •Devona perioda māli; •Mazkarbonātu māls (CaO+MgO < 5 – 7%);

Ķīmiskais sastāvs: •SiO2 – 53,78% •Al2O3 – 18,80% •Fe2O3 – 9,07% •TiO2 – 0,65% •CaO – 1,95% •MgO – 3,44% •K2O – 5,10% •Karsēšanas zudumi 10000C – 6,87%

4

Granulas • 2 masas % skaidu piedeva māliem porainības

palielināšanai; • 5 dažādas apdedzināšanas temperatūras (700, 800, 900,

1000, 1050 oC); • Temperatūras celšanas ātrums krāsnī 300 oC/h,

izturēšanas laiks – 1 stunda;

• Granulām tika veikta: 1) rentgena staru fāžu analīze; 2) dzīvsudraba porozimetrija; 3) slāpekļa adsorbcija (BET); 4) ūdens pH noteikšana, kurā iemērktas granulas. • Sorbcijas pētījumi 0,01 N J2 šķīdumā; • Paātrināto elektronu absorbētā doza 5 Mgy.

5

6

Kupravas mālu keramikas rentgendifraktogrammas

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30

pH

t, min

700

800

900

1000

1050

Granulu ūdens šķīduma pH

7

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ad

sorb

ētai

s jo

da

dau

dzu

ms,

mg

/g

Dienas

700 800 900 1000 1050

Neapstarotu granulu sorbcija

8

0.01 0.1 1.0 10 100

Poru diametrs, μ

25

20

15

10

5

0 P

ora

inīb

a, %

700

800

900

1000 1050

1.0 0.1 0.01

Poru diametrs, μ

30.4

24.3

18.2

12.2

6.1

0

Vir

sma

s la

uk

um

s, m

2/g

700

800

900

1000 1050

Neapstarotas

granulas

Poru struktūra neapstarotām granulām

9

Apdezināšanas

temperatūra, °C Porainība, %

Īpatnējais virsmas

laukums, m2/g

700 23,7 28,9

800 22,5 27,8

900 19,4 10,3

1000 7,7 2,6

1050 8,8 1,2

Dzīvsudraba porozimetrija

Apdedzināšanas

temperatūra, C

Īpatnējais

virsmas

laukums, m2/g

Poru tilpums,

cm3/g

Poru rādiuss,

nm

700 36,46 0,087 1,63

800 14,98 0,038 1,80

900 8,39 0,023 1,62

Slāpekļa adsorbcija (BET)

Apstarotu granulu sorbcija – starojuma doza 5 MGy

10

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ad

sorb

ētai

s jo

da

dau

dzm

um

s, m

g/g

Dienas

700 800 900 1000 1050

Apstarotas granulas – starojuma doza 5 MGy

11

02468

101214

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Ad

sorb

ētai

s jo

da

dau

dzu

ms,

m

g/g

Dienas

Kuprava 800C

apstarots neapstarots

02468

101214

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Ad

sorb

ētai

s jo

da

dau

dzu

ms,

m

g/g

Dienas

Kuprava 1050C

starots nestarots

02468

101214

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ad

sorb

ētai

s jo

da

dau

dzu

ms,

m

g/g

Dienas

Kuprava 700 C

apstarots neapstarots

0.01 0.1 1.0 10 100

Poru diametrs, μ

24

19

14

9

5

0

Po

rain

ība

, %

800 700

900

1.0 0.1 0.01

Poru diametrs, μ

26.8

21.5

16.1

10.7

5.4

0

Vir

sma

s la

uk

um

s, m

2/g

700

800

900

Apstarotas granulas – starojuma doza 5 MGy

Apdedzināšanas temperatūra 900°C

0.01 0.1 1.0 10 100

Poru diametrs, μm

19.8

15.8

11.8

7.9

3.9

0

Po

rain

ība

, %

Neapstarotas

Apstarotas

0.01 0.1 1.0

Poru diametrs, μm

2.41

1.93

1.45

0.97

0.48

0.0

Dif

eren

ciā

lais

poru

til

pu

ms,

cm

3/g

-μm

Neapstarots

Apstarots

Apdedzināšanas temperatūra 800°C

1.0 0.1 0.01

Poru diametrs, μm

205.1

159.5

113.9

68.4

22.8

Dif

eren

ciā

lais

vir

sma

s la

uk

um

s, m

2/(

g-μ

m)

Neapstarots

Apstarots

Apdedzināšanas

temperatūra °C

Porainība, % Adsorbētais joda daudzums, mg/g

Pēc 8 dienām Pēc 15 dienām

Neapstar. Apstarotas Neapstar. Apstarotas Neapstar. Apstarotas

700 23,7 22,35 7,5 9,5 8,2 11,5

800 22,5 14,57 10 11,5 11 12

900 19,4 13,88 11,8 11,5 12 12

Adsorbcijas salīdzinājums apstarotām un

neapstarotām granulām

Secinājumi

• Granulu apstarošana ar paātrinātajiem e- palielina to adsorbcijas spēju, it

sevišķi sorbcijas sākuma laika posmā;

• Jonizējošais starojums samazina poru tilpumu un īpatnējās virsmu

laukumu, kas liecina par temperatūras paaugstināšanos granulās

apstarošanas laikā un materiāla sablīvēšanos;

• Iegūtās keramikas granulas var izmantot kā adsorbentus molekulāriem

savienojumiem, piem., jodam no ūdens šķīduma.

16

Paldies par uzmanību!

17