Upload
inoke
View
33
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
V002 - Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití. Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO. VEŘEJNÁ SOUTĚŽ VE VÝZKUMU A VÝVOJI Výzkumná centra - 1M poskytovatel - MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY. Východiska dílčího cíle. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUOHornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
VEŘEJNÁ SOUTĚŽ VE VÝZKUMU A VÝVOJI Výzkumná centra - 1M
poskytovatel - MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY
V002 - Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Materiály na bázi modifikovaných jílových minerálů jsou v posledních letech poměrně intenzívně studovány. • snadná dostupnost výchozích surovin, technická i ekonomická, • řada aplikací a oborů ve kterých mohou nalézt uplatnění. Například jako sorbenty, iontoměniče nebo molekulová síta, obecně v různých oblastech ochrany životního prostředí. • hojný výskyt jílovitých sedimentů v dobývacích prostorech severočeské a sokolovské hnědouhelné pánve• Česká republika je poměrně bohatá na výskyty ložisek bentonitů z nichž je možné po úpravě připravovat materiály s výše uvedeným využitím.
Východiska dílčího cíle
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Příklad ložiska Osmóza v Božičanech. V pravé části snímku poloha bentonitu (hnědá barva), uprostřed vrstva uhelného jílu (šedá barva), vlevo těžená vrstva kaolinu (bílá).
Dílčí úkoly:
► Posouzení vhodnosti jílovitých sedimentů a bentonitů z různých typů ložisek a výskytů v severočeské hnědouhelné pánvi, sokolovské pánvi a chebské pánvi ke strukturně – chemickým modifikacím.
► Experimentální příprava modifikovaných struktur jílových minerálů.
► Ověřování a testování sorpčních schopností připravených vzorků.
Dílčí cíl byl zaměřen na přípravu materiálů na bázi modifikovaných jílových minerálů.
• Možná uplatnění: například jako sorbenty, iontoměniče nebo molekulová síta v různých oblastech ochrany životního prostředí.
Zaměření dílčího cíle
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Jílovcové horniny v oblasti severočeské pánve• Nadložní kaoliniticko-illitické jílovce libkovického souvrství lomu BílinaJíly, jílovce až prachovité jílovce hnědé až šedohnědé barvy. Jsou jemnozrnné, v mineralogickém složení převládá křemen, kaolinit a illit. Jejich sorpční schopnosti lze označit jako střední. Lze je přímo využít pro lesnickou rekultivaci, doporučuje se plošná aplikace kompostu jako doplňující rekultivační opatření.
• Nadložní montmorillonitické jílovce lomu LiboušJíly, jílovce až prachovité jílovce hnědé, žlutohnědé až šedohnědé barvy. v mineralogickém složení převládá křemen, montmorillonit, kaolinit, illit a stopy živců. Jejich sorpční schopnosti lze označit jako výborné. Lze je přímo využít pro lesnickou rekultivaci. Doporučuje se aplikace kompostu nebo průmyslového hnojiva k jednotlivým sazenicím jako doplňující rekultivační opatření.
• Analcimové jílovce lomu DružbaSamostatný horizont v souvrství cyprisových jílovců. Mají charakter zelenošedých, často slídnatých jílovců. V mineralogickém složení převládá analcim, montmorillonit, křemen, kaolinit a illit, častou příměs tvoří
siderit. Vysoká sorpční kapacita, jejich rekultivační využitelnost je vynikající.
Přehled studovaných vzorků
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Přehled studovaných vzorků
Bentonity
Většina ložisek i zásob bentonitů v ČR je soustředěna v oblasti Doupovských hor a Českého středohoří. Surovina je vhodná především pro slévárenské účely (pojivo slévárenských písků při zhotovování forem) - jak aktivovaný (nahrazení iontů Ca2+ a Mg2+ ionty Na+) tak neaktivovaný bentonit.
Nejvýznamnější ložiskovou oblastí je východní okraj Doupovských hor na styku se severočeskou pánví. V okolí Kadaně a Podbořan je soustředěna většina zásob i největší ložiska bentonitů v ČR. Nejdůležitějším, v současnosti těženým ložiskem v této oblasti je Rokle.
Využití bentonitu v procentech. Světová produkce je odhadována na 13 mil. tun ročně.
Ložiska na Mostecku na styku jihovýchodního okraje severočeské pánve a Českého středohoří jsou v současnosti druhou nejvýznamnější oblastí bentonitů v ČR. Mezi nejdůležitější patří dotěžované ložisko Braňany-Černý vrch, dále Stránce a Střimice.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Schematická mapa oblastí s evidovanými ložisky bentonitu
Přehled studovaných vzorků
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Ukázka vzorků přírodních, neupravených bentonitů z ložisek Rokle, Stránce, Černý vrch (Modrá rokle)
Přehled studovaných vzorků
Pro experimentální práce byly jako základ použity vzorky bentonitů ze čtyř lokalit: Černý vrch, Rokle, Velký Rybník (Hroznětín) a Stránce.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Přehled studovaných vzorků
Pro experimentální práce byly jako základ použity vzorky bentonitů ze čtyř lokalit: Černý vrch, Rokle, Velký Rybník (Hroznětín) a Stránce.
Označení B. Rokle B. Stránce B. Hroznětín B. Černý vrch
Analyt hmotnostní %
Na2O < 1 < 1 < 1 < 1
MgO 2,95 1,51 2,32 3,15
Al2O3 13,54 17,17 12,62 12,99
SiO2 47,62 49,55 49,92 47,23
P2O5 0,46 0,35 0,75 0,48
SO3 0,036 0,061 0,040 0,026
Cl 0,064 0,089 0,074 0,080
K2O 0,82 0,97 1,12 0,92
CaO 2,52 1,42 2,40 5,45
TiO2 4,04 2,51 3,22 2,36
MnO 0,024 0,127 0,099 0,073
Fe2O3 8,94 12,19 11,29 9,19
mg/kg
V 259,3 236,5 324,9 177,8
Cr 306,4 226,7 105,1 367,3
Ni 109,1 156,9 106,4 162,4
Cu 97,9 56,6 84,9 52,5
Zn 99,5 156,7 105,4 107,2
Ga 24,8 28,0 27,9 22,9
As < 1 3,6 7,3 < 1
Rb 53,5 67,7 134,1 63,3
Sr 164,2 181,4 208,6 59,5
Y 23,0 39,1 29,7 20,3
Nb 90,9 90,1 148,5 74,5
Ba 171,7 401,0 175,6 87,7
La 56,2 60,5 112,4 51,1
Ce 99,6 110,9 210,4 88,3
Pb 7,0 8,9 10,2 5,6
RTG difrakční záznam bentonitu z ložiska Černý Vrch. Montm – montmorillonit, Mu – muskovit, Q – křemen.
Analýzy chemického složení vzorků bentonitů.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Experimentální práce
Cílem byla příprava materiálů vhodných k sorpci kontaminantů - především však pro
sorpci těžkých kovů z průmyslových odpadních vod.
• Výchozí materiál byl upraven natrifikací a interkalací.
• Sledovány sorpční schopnosti na vzorcích průmyslových odpadních vod.
• Ze studovaných vzorků byl pro další experiment vybrán bentonit z ložiska Černý Vrch.
Označení V3 cI2 V2 V1 M mE I IPrům
vzorku ml mol·l-1 ml ml g.mol-1 g mg·g-1 mg·g-1
25 20,47 24,05 0,0238 253,809 0,2003 112,2305
25 20,34 24,05 0,0238 253,809 0,2028 114,8722
Bentonit 25 20,39 24,05 0,0238 253,809 0,2021 113,7165 113,61
Stanovení adsorpční kapacity bentonitu Černý Vrch pomocí jodového čísla.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Převod na monoiontovou formu – natrifikace (vzorek BVK 1) Pro míchání připraven roztok NaCl o koncentraci 1mol.l-1 a míchán 48 hodin. Po skončení míchání tuhá
fáze oddělena v odstředivce a promýván destilovanou vodou až do negativní reakce na chloridy a následně opět odstředěn a vysušen.
Experimentální práce
Převod na monoiontovou formu – interkalace pomocí ODA (vzorek BVK 2)Následně byla provedena interkalace. Před interkalací byl zvolen poměr MMT:ODA - 75g ODA na 100g MMT. Teplota tavení byla 80oC a doba interkalace byla 24h.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Převod na monoiontovou formu – natrifikace (vzorek BVK 1) Pro míchání připraven roztok NaCl o koncentraci 1mol.l-1 a míchán 48 hodin. Po skončení míchání tuhá
fáze oddělena v odstředivce a promýván destilovanou vodou až do negativní reakce na chloridy a následně opět odstředěn a vysušen.
Převod na monoiontovou formu – interkalace pomocí ODA (vzorek BVK 2)Následně byla provedena interkalace. Před interkalací byl zvolen poměr MMT:ODA - 75g ODA na 100g
MMT. Teplota tavení byla 80oC a doba interkalace byla 24h.
Experimentální práce
Označení V3 cI2 V2 V1 M mE I IPrům
vzorku ml mol·l-
1 ml ml g.mol-
1 g mg·g-1 mg·g-1
25,00 0,02 24,26 24,02 253,81 0,30 4,98
25,00 0,02 24,26 23,96 253,81 0,30 6,23 BVK 1
25,00 0,02 24,26 23,98 253,81 0,30 5,60
5,60
25,00 0,02 24,12 8,84 253,81 0,40 235,98
25,00 0,02 24,03 9,81 253,81 0,40 222,55 BVK 2
25,00 0,02 24,06 9,33 253,81 0,40 229,34
229,29
Stanovení jodového čísla pro upravené vzorky.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Experimentální práce
Experimentální testování – aplikace modifikovaných jílových minerálů na sorpci těžkých kovů z odpadních průmyslových vod
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
t (hod.)
Ob
sah
pří
slu
šn
ého
ko
vu
(%
)
BVK prům. CdBVK prům. PbBVK prům. ZnBVK1 prům. CdBVK1 prům. PbBVK1 prům. ZnBVK2 prům. CdBVK2 prům. PbBVK2 prům. Zn
Porovnání vývoje obsahů vybraných kovů – Cd, Pb, Zn v čase s využitím BVK, BVK1, BVK2 pro adsorpci
Vyhodnocení modelování kinetiky adsorpce vybraných kovů z modelových roztoků – Cd, Pb a Zn
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Experimentální testování sorpčních schopností – aplikace modifikovaných jílových minerálů na sorpci těžkých kovů z odpadních průmyslových vod
Modelování adsorpčních izoterem
Pro všechny vybrané vzorky resp. BVK, BVK1 a BVK2 byly modelovány adsorpční izotermy pro různé vstupní koncentrace vybraných sorbovaných kovů (Cd, Pb a Zn).
Označení vzorku a b c R2 R IZO
BVKPb 3,42863 ±140,935
1-
3,36076±
140,9318
1,0026 ±0,1079
50,9794
0,9897
L2
BVK1 Pb 241,523 ±466,310
70,00157 ± 0,00162 0,06026 ±
0,58107
0,94500,972
1L1
BVK2 Pb119,126
8± 8,01395 1,23088 ± 0,31166
-0,20252
±0,2702
20,9687
0,9842
L1
BVK Zn39,7570
9±
52,29615
0,01176 ± 0,0142 0,34654 ±0,5121
10,8197
0,9054
L1
BVK1 Zn13,2805
8± 1,64383 0,27438 ± 0,08089 0,41269 ±
0,15744
0,94180,970
4L1
BVK2 Zn55,7953
9±
30,45686
0,11979 ± 0,05388 0,27538 ±0,3459
10,9459
0,9726
L1
BVK1 Cd38,7748
2±
11,39164
0,02597 ± 0,00366 0,40908 ±0,0922
60,9924
0,9962
L1
BVK2 Cd 88,876 ±38,2161
20,17235 ± 0,08814 0,51808 ±
0,09959
0,99210,996
0L1
Parametry pro Langmuirovy izotermy
Experimentální práce
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Experimentální testování sorpčních schopností – aplikace modifikovaných jílových minerálů na sorbci těžkých kovů z odpadních průmyslových vod
Modelování adsorpčních izoterem
Pro všechny vybrané vzorky resp. BVK, BVK1 a BVK2 byly modelovány adsorpční izotermy pro různé vstupní koncentrace vybraných sorbovaných kovů (Cd, Pb a Zn).
-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130 BVK Pb BVK1 Pb BVK2 Pb BVK Zn BVK1 Zn BVK2 Zn BVK1 Cd BVK2 Cd
a m
g M
+/g
)
ck M+/l
Nejvhodnější využité modely izoterem charakterizující adsorpci příslušných kovů z modelových roztoků
Experimentální práce
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Ze všech provedených experimentů vyplynulo, že nejvhodnější úpravou bentonitů z hlediska sorpčních schopností je natrifikace a následná interkalace.
Vzorek BVK2 vykázal pro všechny testované kovy nejvyšší adsorpční schopnost a účinnost adsorpce se oproti vzorku bez úpravy
pro Pb se účinnost zvýšila o 137% (120,2 mg Pb/g),
pro Zn se účinnost zvýšila o 96% (39,35 mg Zn/g),
pro Cd se účinnost zvýšila o 131% (45,82 mg Cd/g).
Vzorek BVK1 vykázal sice nárůst účinnosti při adsorpci olova o 85% (93,88 mg Pb/g), ovšem při testování adsorpce zinku vykázal o 41% nižší účinnost než vzorek bez úpravy (11,78 mg Zn/g), při testování adsorpce kadmia vykázal hodnotu 19,89 mg Cd/g, což je pouze 43% účinnosti vzorku BVK2. Vzorek BVK – 50,54 mg Pb/g a 20,09 mg Zn/g.
Experimentální testování sorpčních schopností – aplikace modifikovaných jílových minerálů na sorbci těžkých kovů z odpadních průmyslových vod
Modelování adsorpčních izoterem
Experimentální práce
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Závěr
V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití.materiálů vhodných pro ekologické využití.““
► na základě provedených analýz chemického a fázového složení byly vybrány vzorky jílových minerálů – smektitů, vhodné pro modifikace;
► metodou natrifikace a interkalace byly v laboratorních podmínkách připraveny modifikované, monoiontové formy jílů;
► experimentálně byly testovány schopnosti modifikovaných jílů sorbovat těžké kovy z průmyslových odpadních vod.
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Výzkumem byla prokázána možnost modifikovat jílové sedimenty z českých ložisek a takto upravené materiály využívat k sorpci těžkých kovů z průmyslových odpadních
vod.
V současné době probíhá:► Pokračování sorpčních experimentů. Výsledky by měly sloužit k objasnění
mechanismů sorpce (jakým způsobem ovlivňuje změna struktury a chemismu minerálu jeho sorpční vlastnosti a zda při sorpci dochází k iontovýměně nebo zda se jedná jen o fyzikální sorpci kovu na povrchu minerálu).
► V případě úspěšného experimentu bude následovat ekonomická rozvaha přípravy těchto struktur ve větším měřítku s ohledem na kvalitu vstupních surovin.
► Příprava souhrnné publikace do zahraničního recenzovaného periodika.
V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití.materiálů vhodných pro ekologické využití.““
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Výsledky řešení tohoto dílčího cíle byly dosud prezentovány na konferencích a publikovány v odborném tisku.
V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití.materiálů vhodných pro ekologické využití.““
Cechlova, K., Cablik, V., Fecko, P., Mucha, N., Janakova, I. Removal of metal cations from industrial waste water by sorption onto bentonite and its modification. In 13th Conference on Environment and Mineral Processing, Part IV., VŠB-TU Ostrava, Ostrava, 2009, s. 13-20, ISBN 978-80-248-2018-7.
FUSOVÁ, Lenka. Lead adsorption on bentonite and its modifications. In FEČKO, Peter, ČABLÍK, Vladimír. 13th Conference on Environment and Mineral Processing, Part II. 1st edition. Ostrava : Publishing services department, VŠB - Technical University of Ostrava, 2009. s. 85-90. ISBN 978-80-248-1995-2.
CABLIK, V., CECHLOVA, K., MUCHA, N., JANAKOVA, I.: Removal of Metal Cations from Industrial and Mining Waste Waters by Sorption onto Bentonite. In Water in Mining 2009 conference - WIM 2009. 15.9. – 17.9. 2009, Perth, Australia. ISBN (v tisku)
Hornicko-geologická fakulta VŠB–TUO
Děkuji za pozornost.
V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu V002 - „Využití jílových sedimentů pro přípravu materiálů vhodných pro ekologické využití.materiálů vhodných pro ekologické využití.““