Limbah Meminimalkan Protokol untuk proses sintesisZeolit dari Afrika Selatan Coal Fly AshPieter W. Du Plessis 1 , Tunde V. Ojumu 1 , * dan Leslie F. Petrik 21 Departemen Teknik Kimia , Cape Peninsula University of Technology ,Keizersgracht dan Tennant jalan , Cape Town, 8000 , Afrika Selatan , E - Mail: wynanddp@gmail.com2 Lingkungan dan Nano Science Research Group , Jurusan Kimia , UniversitasCape Barat , Private Bag X17 , Bellville 7535 , Afrika Selatan , E - Mail: lpetrik@uwc.ac.za* Penulis untuk siapa korespondensi harus ditangani , E - Mail: ojumut@cput.ac.za ;Tel : . +27-21-460-3162 ; Fax : +27-21-460-3854 .Diterima : 17 Desember 2012 , dalam bentuk direvisi : 19 Maret 2013 / Diterima : 28 Maret 2013 /Diterbitkan : 29 April 2013

Abstrak : Produksi nilai tinggi zeolit dari abu terbang telah terbukti menjadi jalanuntuk pemanfaatan fly ash Afrika Selatan yang saat ini merupakan pembuangan besarmasalah . Sintesis zeolit Na - P1 dan analcime pada skala mikro telahPenyelidikan sukses dan pendahuluan menunjukkan bahwa sintesis skala -up cukup menjanjikan .Namun, limbah supernatan pasca - sintesis yang dihasilkan berisi tingkat tinggi NaOHyang mungkin merupakan masalah pembuangan sekunder . Sebuah protokol minimisasi limbah adalahdikembangkan untuk mengurangi volume sampah yang dihasilkan dengan tujuan untuk meningkatkan kelayakansintesis skala . Serangkaian percobaan yang dilakukan pada 100 mL batch yang berjaketreaktor . Fly ash direaksikan dengan 5 Mol NaOH pada 1:01 basis massa selama langkah penuaan ,diikuti oleh perlakuan hidrotermal di mana air ultra murni ditambahkan ke bubur . iniStudi menunjukkan bahwa dengan memperkenalkan kembali limbah supernatan ke dalam percobaan sedemikiancara yang memasok reagen yang diperlukan ( NaOH ) untuk sintesis zeolit , zeolitNa - P1 dan analcime dapat disintesis . Hal ini juga menunjukkan bahwa proses sintesis dapatdiubah untuk memungkinkan hingga 100 % penggunaan kembali limbah supernatan untuk menghasilkan nilai zeolitic tinggiproduk . Penelitian ini secara efektif dibangun dua protokol untuk meminimalkan limbahdihasilkan selama sintesis zeolit dari abu terbang batubara Afrika Selatan . hasil inidapat digunakan untuk menetapkan dasar untuk aspek hukum dan lingkungan yang terlibat dalamkomisi dari pabrik skala penuh sintesis zeolit NaP1 dan analcime .

ACCESS OPENBahan 2013 , 6 1689Kata kunci : zeolit Na - P1 , zeolit analcime , fly ash , minimisasi limbah , difraksi sinar-X ;spektrometri emisi atom ; pemindaian mikroskop elektron

1 . pengantarAfrika Selatan sangat tergantung pada batubara sebagai sumber energi . Pada tahun 2010 , total proyeksi122,7 Mt batubara dikonsumsi dalam batubara Eskom pembangkit listrik berbahan bakar selama pembangkit listrik [ 1 ] .Afrika Selatan memanfaatkan batubara kalori rendah , dengan kadar abu yang tinggi , dalam pembangkitan listrik karena tinggibatubara kelas diekspor . Pada tahun 2010 Eskom dihasilkan 36 Mt fly ash yang 34,16 Mt dibuang dibendungan abu dan kesedihan [ 1 ] .Fly ash terdiri dari halus , partikel kaca bulat . Unsur utama dalam fly ash adalah SiO2 ,Al2O3 , Fe2O3 dan CaO [ 2-5 ] . Sebagian besar isi fly ash adalah fase amorf denganfase kristal kuarsa yang , mullite , hematit dan magnetit [ 3 ] . Sampai saat ini , fly ash telah ditemukan hanyalow end menggunakan seperti aditif semen [ 4 ] . Hal ini juga telah digunakan untuk menetralkan dan mengurangi sulfatisi air asam tambang dan circumneutral [ 6,7 ] . Namun, karena tingginya Al dan Si isi flyabu , telah dianggap sebagai bahan baku yang layak untuk sintesis bernilai tinggi zeolit [ 8 ] . banyak sekalipenelitian telah menyelidiki berbagai jenis metode untuk mensintesis zeolit bernilai tinggi dari fly batubaraabu [ 9-13 ] . Namun, sebagian besar penelitian ini dilakukan pada skala mikro .Telah menunjukkan bahwa zeolit fase murni Na - P1 dapat disintesis dari fly batubara Afrika Selatanash menggunakan metode dua langkah , yaitu penuaan diikuti oleh perlakuan hidrotermal [ 11,12 ] . para penulismelaporkan kondisi optimum untuk Aging dan hidrotermal langkah menjadi 47 ° C selama 48 jam dan140 ° C selama 48 jam , masing-masing. Kegiatan pertama dalam skala dari sebuah sistem sintesis zeolit adalah untukmengoptimalkan proses pada skala mikro . Karena komposisi fly ash akan berbeda dari satu negara kenegara dan pembangkit listrik yang berbeda , juga diperlukan untuk mengoptimalkan proses untuk setiap fly ash [ 14 ] .Penelitian terbaru kami menunjukkan kemungkinan untuk skala - up zeolit sintesis Na - P1 [ 15 ] . para penulisdisintesis fase zeolit murni Na - P1 menggunakan kondisi optimum dilaporkan sebelumnya [ 12 ] , tetapi padapenuaan kecepatan pengadukan 200 rpm [ 15 ] , menggunakan impeller empat - blade dibandingkan dengan 800 rpm dilaporkan olehMusyoka et al menggunakan pengaduk magnetik [ 12 ] .Namun, untuk skala sukses lanjut dari sintesis bernilai tinggi zeolit dari batubara Afrika Selatanfly ash untuk dimungkinkan , pemahaman yang jelas diperlukan dari aspek desain rekayasa darisistem sintesis . Salah satu aspek penting tersebut adalah masalah lingkungan akibat limbah

dihasilkan melalui proses. Hal ini penting untuk mengkarakterisasi dan mengukur limbah yang dihasilkan darimemproses dengan maksud untuk meminimalkan limbah dengan analisis kritis terhadap proses yang terlibat dalamsintesis target produk zeolitic .Salah satu produk limbah yang dihasilkan selama sintesis zeolit Na - P1 dari fly ash batubaraadalah supernatan sintesis posting yang dipisahkan dari produk zeolit setelah hidrotermalpengobatan [ 11,12,15 ] . Supernatant ini terdiri dari terutama natrium hidroksida dan Si dengan jumlah jejaklogam berat [ 16 ] . Karena natrium hidroksida adalah bahan baku yang digunakan dalam proses sintesis,kesempatan ada untuk mendaur ulang supernatan kembali ke dalam proses sintesis dan efektif mengurangivolume sampah yang dihasilkan . Telah menunjukkan bahwa zeolit Na - P1 dapat disintesis dari fly CinaBahan 2013 , 6 1690abu dengan menggunakan kembali limbah yang dihasilkan supernatan [ 16 ] , namun penulis menggunakan langkah basa tunggalmetode aktivasi dengan penambahan sodium halida untuk mempromosikan kristalisasi dari produk zeolitic .Komposisi kimia dari fly Afrika Selatan sangat berbeda , rasio Si / Al yang jauh lebih sedikit daripadabahwa orang Tionghoa fly ash , sehingga membuat metode langkah tunggal tidak cocok untuk fly ash ini . ituperbedaan Si / Al rasio dalam berbagai hasil abu di produk limbah kaya baik Si atau Al dan dengan demikianmengubah efek yang daur ulang limbah memiliki solusi pada produk zeolitic terbentuk.Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menggunakan pengetahuan yang diperoleh dari penelitian sebelumnya untuk menyelidiki limbahopsi minimisasi untuk sintesis bernilai tinggi zeolit dari abu terbang batubara Afrika Selatan . iniStudi akan mengeksplorasi kesempatan untuk mendaur ulang limbah supernatan sintesis posting kembali kesistem sintesis dengan maksud untuk meminimalkan limbah dalam proses skala - up yang saat inisedang diselidiki .

2 . Hasil dan Pembahasan2.1 . Fly Ash KarakterisasiDari Gambar 1 pola XRD menunjukkan bahwa fase mineral dalam abu layang terdiri dari terutamakuarsa dan mullite . Dalam Gambar 1 punuk yang luas , antara 2θ = 20 dan 2θ = 30 , menggambarkanfase amorf dalam abu yang memberikan kontribusi lebih dari 50 % dari total massa . The mineralology dariabu sangat mempengaruhi mekanisme sintesis zeolit karena komponen yang berbeda dalam abudilarutkan dengan berbagai tingkat kemudahan [ 17 ] .Gambar 1 . Powder X - ray pola difraksi dari fly ash batubara dari pembangkit listrik Arnot .Pada tahap awal penelitian , analisis bahan baku mengungkapkan bahwa fly ash diklasifikasikan sebagaiJenis F fly ash , di mana massa SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 melebihi 70 % dari total massa fly ash . tabel 1menggambarkan oksida utama dan elemen di Arnot fly ash sebagaimana yang disampaikan oleh X - Ray Fluorescenceanalisis spektroskopi ( XRF ) . The SiO2/Al2O3 rasio ditemukan 1,76 yang sangat pentinguntuk jenis zeolit yang akan membentuk menggunakan abu sebagai bahan baku [ 10,18 ] . Rasio Si Al jugamenentukan apa mekanisme kristalisasi terjadi selama pembentukan zeolitkristal [ 19 ] . Melacak elemen dalam abu layang baku dipantau selama penelitian untuk menentukanBahan 2013 , 6 1691apakah mereka melaporkan ke limbah cair atau bentuk bagian dari produk zeolit sebagai kontaminan . pembuanganlimbah dengan tingkat tinggi kontaminan ini dapat memiliki konsekuensi lingkungan yang kompleks .Tabel 1 . X - ray fluorescence hasil batubara Arnot fly ash komposisi , yang menggambarkanjumlah (wt % ) dari oksida utama dan elemen ( ppm ) .Oksida utama (mean wt % ) Melacak konsentrasi unsur ( ppm )SiO2 55.44 Ba 486Al2O3 31,51 Ce 254Fe2O3 4.94 Co 30MnO 0,03 Cu 110MgO 1.18 Nb 37CaO 3,76 Ni 125Na2O 0,04 Pb 90K2O 0.47 Rb 56TiO2 1.11 Sr 989P2O5 0,30 V 79SO3 0,06 Y 94Rugi Pada penyalaan 1.22 Zn 135SiO2/Al2O3 1,76 -2.2 . Limbah Recycle tanpa Penyesuaian pH SebelumSetelah percobaan dasar awal ( Run 1 ) , limbah supernatan digunakan kembali tanpa menyesuaikan nya

pH . Hasil XRD ( Gambar 2 ) menunjukkan bahwa selama Run 1 semua kuarsa dari bahan baku abudibubarkan . Dengan sejumlah kecil mullite fase kristal utama yang ditemukan zeolit Na - P1 dananalcime . Setelah pertama - pemanfaatan kembali dari supernatan ( Run 2 ) , diamati bahwa ada analcime adalahterbentuk , Na - P1 berkurang dan kurang kuarsa dan mullite dibubarkan. Juga, setelah kedua kalinya darimenggunakan kembali supernatan , hanya jumlah jejak Na - P1 ditemukan dan hampir tidak ada kuarsa danmullite dibubarkan . Kualitas zeolit terbentuk dan pembubaran fase kristalmenurun setelah masing-masing berjalan berturut-turut menggunakan kembali supernatan . Jumlah kristal zeolit Na - P1menurun dari 55 % dalam jangka 1 , menjadi hanya 17 % di run 3 . Alasannya adalah bahwa setelah menjalankan setiap berturut-turutpH supernatan menurun, sehingga mineralisasi miskin fly ash selama reuse .Gambar 3 menggambarkan mikrograf diambil dari produk yang dihasilkan setelah daur ulang limbah supernatanuntuk kedua kalinya berturut-turut ( Jalankan 3 ) . Hasil jelas menunjukkan berbentuk bola yang , buruk terlarutfly partikel abu serta jejak kecil zeolit Na - P1 .Dari Gambar 4 jelas bahwa pita serapan utama di 1000 cm - 1 daerah panjang gelombangbergeser ke kanan dari run 1 untuk menjalankan 3 . Band ini merupakan modus peregangan asimetris dariTO ( T = Si , Al ) obligasi yang ditemukan dalam abu layang dan zeolit [ 20,21 ] . Pergeseran dalam band utama ,dari kiri ke kanan , menunjukkan lebih tinggi konsentrasi Si - O dalam produk kristal [ 17 ] . Ini menggambarkan bagaimanakurang dari produk kristal dalam fly ash asli dilarutkan dan produk zeolit kurang terbentuk .Selain itu, band yang muncul di sekitar 700 dan 800 cm - 1 telah dilaporkan terkait denganTO ( T = Al , Si ) simetris peregangan getaran yang sesuai dengan kuarsa hadir dalam lalat aslibahan awal abu [ 21,22 ] . Dari hasil tersebut sudah jelas bahwa pH supernatan limbah akanharus disesuaikan sebelum didaur ulang kembali ke dalam sistem sintesis .Bahan 2013 , 6 1692Gambar 2 . Powder X - ray pola difraksi dari produk yang diperoleh setelah daur ulang limbahsupernatan kembali ke dalam sistem sebagai sumber NaOH tanpa penyesuaian pH sebelumnya daribuang . Jalankan 1 Dasar run menggunakan larutan NaOH segar. Jalankan 2 sintesis menggunakan limbahsupernatan dari Run 1 sebagai sumber NaOH . Jalankan 3 sintesis menggunakan limbah dari supernatanJalankan 2 sebagai sumber NaOH .Gambar 3. Mikrograf diambil dari produk yang diperoleh setelah Run 3 , pada perbesaran2000 kali .Bahan 2013 , 6 1693Gambar 4 . Spektrum inframerah dari produk yang diperoleh setelah daur ulang limbah supernatan sebagaisumber NaOH .

2.3. Limbah Mendaur dengan Penyesuaian pH Sebelum Di set kedua percobaan sekali lagi percobaan awal (Run Run 5 dan 1) menunjukkan pembentukan kedua zeolit Na-P1 dan analcime (Gambar 5). Namun, dengan menyesuaikan pH supernatan sebelum menggunakan kembali itu (Jalankan 6), semua kuarsa dan sebagian besar mullite itu dibubarkan. Juga, setelah menggunakan kembali supernatan dari menjalankan 6-7 zeolit analcime menjadi lebih menonjol dan menjadi satu-satunya fase kristal hadir. Jumlah kristal analcime meningkat dari 36% dalam jangka 5-73% setelah berjalan 7. Salah satu perbedaan yang jelas antara analcime dan Na-P1 adalah rasio Si / Al. Sementara Na-P1 adalah tinggi Si / Al zeolit, analcime adalah Si / Al zeolit rendah. Al dan Si isi bubur penuaan adalah tergantung pada pembubaran fase amorf dan fase kristal dalam fly ash. Pembubaran proses kompleks karena fakta bahwa fase mineral yang berbeda dalam fly ash larut dengan berbeda derajat kemudahan [17]. Gambar 6 mengilustrasikan mikrograf, diperbesar 2000 kali, produk yang diperoleh setelah kedua recycle berturut-turut dari supernatan limbah. Produk ini mengandung sebagian besar analcime tapi jejak bahan amorf juga dapat diamati. Hal ini sesuai dengan hasil kristalinitas dari 73%, dan dapat mungkin ditingkatkan dengan mengoptimalkan waktu perawatan hidrotermal. Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa pita serapan utama dalam 1000 cm-1 daerah panjang gelombang

tidak menggeser posisinya jauh. The minor, pergeseran kentara dalam posisinya adalah karena fakta bahwa Al-O dan Si-O konsentrasi dalam dua struktur zeolit, analcime dan Na-P1, berbeda [20,23]. Peningkatan intensitas band di 650 dan 750cm-1 daerah, serta punuk diilustrasikan di wilayah 900 cm-1, menggambarkan analcime menjadi fase yang lebih dominan dalam produk [24]. Bahan 2013, 6 1694 Gambar 5. Powder X-ray pola difraksi dari produk yang diperoleh setelah sintesis dengan supernatan limbah sebagai sumber NaOH setelah menyesuaikan pH limbah. Jalankan 5 Dasar run menggunakan larutan NaOH segar. Jalankan 6 sintesis menggunakan limbah supernatan dari Run 5 sebagai NaOH sumber. Jalankan 7 sintesis menggunakan limbah supernatan dari Run 6 sebagai sumber NaOH. Gambar 6. Mikrograf diambil dari produk yang diperoleh setelah Run 7, pada perbesaran 2000 kali. Bahan 2013, 6 1695 Gambar 7. Spektrum inframerah dari produk yang diperoleh setelah daur ulang limbah supernatan sebagai sumber NaOH. Dalam rangka membangun dasar untuk persyaratan lingkungan dan hukum untuk pembuangan limbah solusi, konsentrasi spesies utama yang ditemukan dalam solusi limbah ditentukan.

Tabel 2 menggambarkan konsentrasi spesies ini sebagai ditentukan oleh induktif coupled plasma spektrometri emisi atom (ICP-AES). Dari hasil itu jelas bahwa semua unsur konsentrasi dalam larutan limbah meningkat sebagai limbah itu kembali, menunjukkan bahwa ada akumulasi spesies ini. Namun, aluminium tidak menumpuk dan ditemukan untuk menjadi membatasi elemen untuk pertumbuhan zeolit. Hal ini jelas bahwa akumulasi Si sebagai limbah itu kembali disukai pembentukan analcime [25]. Hal ini menunjukkan bahwa dalam rangka untuk lebih meningkatkan kristalinitas produk analcime akhir, baik waktu kristalisasi dan Si / Al rasio kebutuhan bubur bereaksi harus dioptimalkan. Dengan ukuran pori sekitar 0,25 nm, zeolit analcime dapat digunakan dalam penyerapan Molekul NH3 [20]. Penghapusan dan pemulihan dari unsur-unsur dari solusi tidak akan menjadi layak

pilihan karena konsentrasi yang rendah akan membuat pilihan seperti un-ekonomis. Unsur-unsur jejak dari fly ash tidak mempengaruhi produk zeolit selama proses sintesis. Hal ini ditemukan menjadi hasil mobilitas yang rendah karena kandungan CaO di fly ash [26]. Dengan demikian sebagian besar unsur tidak leach keluar ke dalam larutan selama pembubaran Si dan Al spesies dari abu. Tabel 2. Hasil spektrometri emisi atom yang menunjukkan konsentrasi unsur spesies utama yang ditemukan dalam supernatan limbah setelah menjalankan setiap berturut-turut. Berarti konsentrasi unsur (ppm) Elemen Run Run 5 6 7 Run Al 35,5 34,0 31,3 Fe 5.3 6.9 7.4 K 215,1 434,6 497,2 Na 20.971,3 25.348,0 26.101,4 P 80,6 163,5 196,8 Si 7.198,7 15.124,7 16.624,1 Ti 4,9 11,3 12,8 V 5.1 9.8 11.3 Bahan 2013, 6 1696 2.4. Daur ulang 100% Supernatan Limbah Protokol minimisasi limbah dibahas dalam Bagian 2.3 hanya bisa mendaur ulang 40% dari sampah supernatan. Alasan untuk ini adalah bahwa proses dimulai dengan larutan NaOH 5 M dan setelah penuaan langkah, air ultra murni, sama dengan 150% volume larutan 5 M NaOH yang mulai, akan ditambahkan ke bubur bereaksi. Dengan demikian volume sampah yang dihasilkan jauh melebihi volume NaOH dalam bahan baku. Ini langkah Selain itu air tidak dapat dihilangkan sepenuhnya. Bila menggunakan fly ash sebagai bahan baku dalam sintesis zeolit, volume cairan harus disimpan pada tingkat yang jauh lebih tinggi daripada di komersial sintesis. Alasan untuk ini adalah bahwa peningkatan kadar air meningkatkan pembubaran Al dan Si spesies dari fly ash, dan nikmat keberadaan spesies metastabil [27,28]. Ketika penambahan air

Langkah dihilangkan sepenuhnya produk buruk mengkristal diperoleh dengan berbagai kontaminasi fase. Gambar 8 menggambarkan pola XRD dari produk yang dihasilkan ketika upaya ini dibuat. Tiga fase kristal yang berbeda yang ditemukan dalam produk yaitu zeolit Na-P1, sodalite dan cancrinite. Dua gundukan luas dalam rentang sudut 20 <2θ <40 dan 2θ> 50 menunjukkan larut fase amorf. Kristalinitas zeolit Na-P1, cancrinite dan sodalite ditemukan 26%, 12% dan 7% masing-masing. Mayoritas sampel ditemukan ada dalam keadaan amorf. Ini pembentukan miskin fase metastabil menyoroti pentingnya menggunakan kadar air yang lebih tinggi ketika menggunakan abu sebagai bahan baku. Dalam rangka untuk memperbaiki hambatan ini dalam sistem upaya telah dilakukan untuk memperkenalkan penambahan air ultra murni pada tahap awal banyak sebelum tahap penuaan dimulai. Langkah ini terus konstan Volume cairan proses seluruh tahap sintesis yang berbeda. Itu Konsekuensi dari ini adalah bahwa larutan NaOH mulai akan memiliki molaritas dari 2 M, tapi 100% dari sampah bisa diperkenalkan ke dalam sistem tanpa penyesuaian pH. Dalam proses penuaan fly ash dalam larutan alkali penurunan hasil pH dalam penurunan laju disolusi kuarsa [29] dan juga dalam tingkat hidrolisis fase kaca [30]. Namun, Gambar 9 menggambarkan bahwa kuarsa dan mullite memang larut dengan hanya jejak mullite terlihat setelah air ultra murni diperkenalkan sebelum langkah penuaan. Dari set pertama Berjalan (Run 8) dapat dilihat bahwa dua kristal besar fase yang terbentuk adalah zeolit Na-P1 dan analcime. Sebagai limbah supernatan kembali dari menjalankan 8 sampai 10, jumlah analcime meningkat dari 80% menjadi fase murni dekat. Tren ini serupa dengan yang terlihat pada Gambar 5. Sebuah mikrograf dari kristal zeolit analcime diperoleh, diperbesar 10.000 kali, menggambarkan dengan baik wajah yang jelas dan struktur kristal dari produk analcime (Gambar 10). The analcime kristal dapat digambarkan sebagai bentuk trapezohedron, dengan total 24 wajah. Dengan cara analisis ICP-AES konsentrasi unsur dalam larutan akhir sampah yang diperoleh. Konsentrasi Al, Fe, K, Na, P, Si, Ti dan V yang ditemukan 25,9, 11,6, 550,4, 25,803.5, 237,9, 19,783.2, 14,1 dan 13,2 ppm. Konsentrasi unsur-unsur yang ditemukan dalam kisaran yang sama sebagai data untuk recycle kedua (Run 7) pada Tabel 2. Hal ini menggambarkan bahwa tingkat yang sama dari akumulasi antara unsur-unsur yang ada dalam dua proses sintesis yang berbeda. Namun, konsentrasi Si jauh lebih tinggi ada karena protokol ini mendaur ulang 100% dari Si dalam buang kembali ke dalam sistem. Perubahan ini dalam proses sintesis dasar diilustrasikan sukses besar secara signifikan mengurangi jumlah limbah yang dihasilkan oleh proses dan akibatnya biaya pembuangan. Dengan mengurangi sampah Bahan 2013, 6 1697 dihasilkan dari proses ini kelayakan operasi skala up telah dipulihkan dan dapat diterapkan untuk meringankan kesulitan yang dihadapi dengan generasi fly ash batubara di Afrika Selatan.

Angka 11 dan 12 menggambarkan reproduksibilitas pendekatan ini sintesis baru. Hal ini ditemukan sangat direproduksi dengan kristalinitas analcime, dalam semua kasus, meningkat dari ± 75% hingga mendekati 100% setelah recycle kedua dari limbah supernatan. Dalam semua kasus, hasil produk rata-rata ditemukan 9,7 g dari feed abu 10 g, sedangkan ruang waktu yield ditemukan menjadi 14,5 kg m-3 hari-1. Gambar 8. Pola XRD dari produk yang dihasilkan setelah menghapus langkah penambahan air selama sintesis zeolit dari abu terbang batubara. Gambar 9. Powder X-ray pola difraksi dari produk yang diperoleh setelah sintesis dengan supernatan limbah sebagai sumber NaOH menggunakan pendekatan sintesis diubah. Jalankan 8 Dasar dijalankan menggunakan larutan NaOH segar. Jalankan 9 sintesis menggunakan limbah supernatan dari Run 8 sebagai NaOH sumber. Jalankan 10 sintesis menggunakan limbah supernatan dari Run 9 sebagai sumber NaOH. Bahan 2013, 6 1698 Gambar 10. Mikrograf diambil dari analcime zeolit diperoleh setelah Run 10, pada perbesaran 10.000 kali. Gambar 11. Pola XRD menggambarkan reproduksibilitas hasil digambarkan dalam gambar 8 (Second hasil set). Bahan 2013, 6 1699 Gambar 12. Pola XRD menggambarkan reproduksibilitas hasil yang digambarkan dalam Gambar 8 (ketiga hasil set).

3 . Bagian eksperimental3.1 . Bahan dan KarakterisasiThe fly ash digunakan dalam penelitian ini telah diberikan oleh pembangkit listrik yang terletak di Mpumalanga , SouthAfrika. Pelet natrium hidroksida kelas Analytical dipilih untuk sintesis zeolit dari lalatabu . Untuk persiapan larutan NaOH segar dan cuci produk zeolit , air murni ultradigunakan . Komposisi unsur bahan baku ditentukan dengan melakukan X-ray fluorescence( XRF ) spektroskopi , sedangkan konsentrasi unsur dalam produk cair ditentukan denganinduktif ditambah plasma spektrometri emisi atom ( ICP - AES ) . Mineralogi dari semua padatproduk dan abu baku terungkap melalui X - ray difraksi serbuk dengan menggunakan radiasi Cu Kα - dalamkisaran 4 < 2θ < 60 . Perubahan struktur zeolit yang diamati dengan cara total dilemahkanreflektansi Transformasi Fourier spektroskopi inframerah ( ATR - FTIR ) . Morfologi produk zeoliticdiamati dengan cara scanning electron microscopy ( SEM ) .3.2 . Sintesis Zeolit dari Fly Ash BatubaraProsedur sintesis zeolit diadopsi dari Musyoka [ 12 ] yang terdiri dari dua langkahyaitu , penuaan diikuti oleh perlakuan hidrotermal .Langkah penuaan dilakukan dalam reaktor 100 mL kaca ganda berdinding terhubung ke air mandiyang berfungsi sebagai sumber panas untuk menjaga media penuaan pada 47 ° C ( Gambar 13 ) . Media penuaanadalah dicampur menggunakan dayung impeller 4 - blade pada 200 rpm . Setelah 50 mL larutan NaOH dari 5 M adalahdisiapkan dan dipanaskan di dalam reaktor 100 mL kaca , penuaan dimulai dengan menambahkan 10 g fly ashke reaktor . Langkah penuaan kemudian melanjutkan selama 48 jam .Bahan 2013 , 6 1700Gambar 13 . Setup eksperimental untuk penuaan langkah ( A ) Mandi Air; ( B ) mixer kecepatan variabel ;( C ) 4 - blade paddle impeller ; ( D ) reaktor kaca berdinding ganda , tutup ( E ) Teflon reaktor ;( F ) Pemanas air inlet , ( H ) air outlet Pemanasan ; ( G ) ganda tubuh berdinding kaca .Gambar 14 . Parr perakitan bom reaktor ( A) reaktor Rakitan ; ( B ) lapisan Teflon , ( C ) Teflontutup ; ( D ) pelat logam Bawah , ( E ) casing logam ; ( F ) Logam tutup ; ( G ) Logam berat menjagateflon tutup di tempat, ( H ) Top pelat logam , ( I) musim semi memisahkan berat logam dan pelat atas .Bahan 2013 , 6 1701Setelah langkah penuaan , 75 mL air ultra murni yang ditambahkan ke dalam media berusia di bawah agitasi , setelahyang campuran dipindahkan ke dalam 23 mL Teflon berjajar reaktor autoclave ( Gambar 14 ) . itureaktor autoclave ditempatkan dalam oven udara panas pada 140 ° C agar tahap perlakuan hidrotermal

untuk memulai . Tahap hidrotermal berlangsung selama 48 jam . Setelah pengobatan hidrotermalProduk dipisahkan dari supernatan sintesis posting setelah itu dicuci dan dikeringkan .3.3 . Struktur penelitianTabel 3 menguraikan pendekatan eksperimental diikuti selama penyelidikan ini . Setelah awal berjalandiselesaikan dengan menggunakan NaOH segar ( Run 1 , 5 dan 8 ) , pos supernatan didaur ulang . pertamasupernatan digunakan tanpa penyesuaian untuk mendirikan basis awal untuk penelitian ( Berjalan 2-3 ) .Setelah set ini percobaan telah diselesaikan supernatan dititrasi untuk menentukan OH - ionkonsentrasi . Dengan data ini di tangan , konsentrasi NaOH dalam limbah telah disesuaikan untuk mencocokkanbahwa larutan 5 M segar , dengan penambahan NaOH pelet , sebelum didaur ulang ( Berjalan 6-7 ) . dalam setiapset percobaan supernatan daur ulang dua kali. Dengan protokol ini , total limbah cair 40 %bisa didaur ulang . Dalam rangka untuk mendaur ulang 100 % limbah volume cairan awal harus sama denganvolume sampah . Hal ini dicapai dalam set berikut percobaan ( Berjalan 8-10 ) dimana75 pos mL penuaan air ditambahkan pada awal proses penuaan , sehingga mengubah konsentrasi NaOHdari 5 M sampai 2 M. Dengan demikian , 100 % dapat didaur ulang tanpa perlu untuk menyesuaikan alkalinitas .Tabel 3 . Struktur eksperimental .Deskripsi proses Runpenyesuaiansumber alkali1 Sintesis zeolit menggunakan 50 mL segar 5 M NaOH bets sebagai sumber alkali -2 Memanfaatkan limbah supernatan yang dihasilkan dari run 1 sebagai alkali sumber None3 Memanfaatkan limbah supernatan yang dihasilkan dari menjalankan 2 sebagai sumber alkali Tidak ada4 Pengulangan referensi run ( Run 1 ) untuk menghasilkan supernatan untuk tujuan titrasi -5 Sintesis zeolit menggunakan 50 mL segar 5 M NaOH bets sebagai sumber alkali -6 Memanfaatkan limbah supernatan yang dihasilkan dari run 5 pH sebagai sumber alkali disesuaikan7 Memanfaatkan limbah supernatan yang dihasilkan dari menjalankan 6 pH sebagai sumber alkali disesuaikan8 Sintesis zeolit menggunakan 125 mL segar 2 M NaOH bets sebagai sumber alkali -9 Memanfaatkan limbah supernatan yang dihasilkan dari menjalankan 8 sebagai sumber alkali Tidak ada10 Memanfaatkan limbah supernatan yang dihasilkan dari menjalankan 9 sebagai alkali sumber None4 . kesimpulanOpsi minimisasi limbah untuk sintesis zeolit dari abu terbang batubara Afrika Selatan adalahdiselidiki . Kesempatan untuk mendaur ulang 40 % dari supernatan limbah kembali ke dalam sistem digambarkanbahwa untuk berhasil mensintesis zeolit dengan larutan limbah , pH yang membutuhkan

penyesuaian . dengan menyesuaikanpH supernatan sebelum digunakan kembali , zeolit analcime dan Na - P1 yang berhasildisintesis sementara melarutkan mineral kristalin yang tidak diinginkan dari fly ash . Zeolit analcime ditemukanmenjadi fase dominan setelah menggunakan kembali limbah supernatan karena tingginya rasio Si / Al dalam limbah . olehmengubah proses sintesis dasar sedikit itu juga mungkin untuk mendaur ulang 100 % dari supernatanlimbah tanpa penyesuaian alkalinitas nya . Penelitian ini secara efektif mengembangkan dua protokol yangBahan 2013 , 6 1702limbah supernatan dapat dikurangi secara drastis dan dengan demikian meningkatkan kelayakan skala -up . sekarangdirekomendasikan bahwa penelitian masa depan harus menyelidiki mengubah rasio Si / Al dari kedua fly ash dansupernatan untuk mendapatkan zeolit lebih diinginkan Na - P1 sebagai fase zeolit dominan .Ucapan Terima KasihPara penulis ingin mengakui pendanaan proyek ini dengan Eskom , Cape Peninsula University ofTeknologi ( CPUT ) dan Yayasan Riset Nasional ( NRF ) .