Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and...

7
Application of zeolitic material synthesised from fly ash to the decontamination of waste water and flue gas X Querol, 1 * N Moreno, 1 JC Uman ˜a, 1 R Juan, 2 S Herna ´ndez, 2 C Fernandez-Pereira, 3 C Ayora, 1 M Janssen, 4 J Garcı ´a-Martı ´nez, 5 A Linares-Solano 5 and D Cazorla-Amoros 5 1 Institute of Earth Sciences (CSIC), LLuis Sole ´ i Sabaris, s/n, 08028 Barcelona, Spain 2 Institute of Coal Chemistry (CSIC), Miguel Luesma, 4, 50015 Zaragoza, Spain 3 Departamento de Ingenierı´a Quı´mica y Ambiental (ESIS), Camino de los Descubrimientos, s/n, Isla de la Cartuja, 41092 Sevilla, Spain 4 KEMA, Section of Environmental Affairs, Utrechtseweg, 310, 6800 ET Arnhem, The Netherlands 5 Departamento de Quı´mica Inorga ´nica, Universidad de Alicante, St Vicent del Raspeig, 03690 Alicante, Spain Abstract: Zeolitic material was synthesised from ¯y ash using two different conversion methodologies. The two conversion products obtained were: a) impure zeolitic material obtained by direct conversion from different Spanish ¯y ashes, and b) a high purity 4A±X zeolite blend synthesised from the silica extracts obtained from the Meirama ¯y ash NW Spain). The zeolitic material was tested for potential application as an ion exchanger to decontaminate waters containing high concentrations of ammo- nium and heavy metals. Preliminary results show high cation uptake ef®ciencies up to 4.7 meq g 1 ) which allowed fast decontamination of different types of industrial or acidic mine waste waters. The CO 2 , SO 2 and NH 3 sorption capacity of several zeolitic products was also determined and very promising results were obtained for the A4±X blend. Sorption capacity values of up to 74, 297, and 111 mg g 1 for CO 2 , SO 2 and NH 3 respectively were obtained for the zeolitic material synthesised from silica extracts from ¯y ash and a high-aluminate waste water. # 2002 Society of Chemical Industry Keywords: coal ¯y ash; zeolite synthesis; ion exchange; gas adsorption INTRODUCTION Zeolites have two major characteristics that make this crystalline material suitable for environmental applica- tions: a) high cation exchange capacity of some zeolites as a result of replacement of SiIV) by AlIII) in the SiO 4 tetrahedral basic unit of the zeolite structure; and b) microporous structure, with chan- nels usually in the range of 1±10A Ê , which makes them very useful molecular sieves. Zeolites may be obtained from both natural deposits and laboratory synthesis. In the latter case, the possi- bility of obtaining high purity `tailor-made' zeolites makes them a more interesting material for use as an ion exchanger or a gas adsorbent. Synthetic zeolites are obtained on an industrial scale from pure Si±Al solutions, combined with the appro- priate cation Na, K, Ca, Mg, Sr, Ba). Very interesting information on applications and synthesis parameters of zeolites may be found in the Breck's Handbook of Zeolites. 1 In the last decade intensive research has been focused on the use of other starting materials for zeolite synthesis, such as coal ¯y ash. The high content of an easily degradable Si±Al glass matrix, similar to that in volcanic rocks from which most of natural zeolites originate, generally present in pulverised coal ¯y ashes makes this material a suitable starting material for zeolite synthesis. The following processes are currently used for the synthesis of zeolites from ¯y ash: a) direct conversion by simple alkaline activation of the ¯y ash with KOH or NaOH solutions; 2±4 and b) the extraction of silica from ¯y ash and the subsequent combination of the silica leachate with high aluminate solutions to produce pure zeolitic products. 5 Zeolitic material with a high potential for environmental applications may be obtained by these two methods of synthesis. Intensive research has been carried out on two major topics in this ®eld: a) the application of zeolitic material as ion exchangers in the treatment of waste waters; 6±8 and b) the use of zeolites as molecular sieves for ¯ue gas treatment and separation and recovery of gases. 9,10 This study shows the results on the application of (Received 4 July 2001; accepted 7 December 2001) * Correspondence to: X Querol, Institute of Earth Sciences (CSIC), LLuis Sole ´ i Sabaris, s/n, 08028 Barcelona, Spain E-mail: [email protected] Paper presented at the PROGRES Workshop: Novel Products from Combustion Residues, 6–8 June 2001, Morella, Spain Contract/grant sponsor: European Union; contract/grant number: BRPR-CT98-0801 Contract/grant sponsor: Spanish CICYT; contract/grant number: AMB99-1147-CO2-O2 # 2002 Society of Chemical Industry. J Chem Technol Biotechnol 0268±2575/2002/$30.00 292 Journal of Chemical Technology and Biotechnology J Chem Technol Biotechnol 77:292±298 online: 2002) DOI: 10.1002/jctb.597

Transcript of Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and...

Page 1: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

����� � ������� ������� ��� �� ������ � ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6 A%"� (*,(**6>�� �,8<=

Application of zeolitic material synthesised fromfly ash to the decontamination of waste waterand flue gas†

X Querol,1� N Moreno,1 JC Umana,1 R Juan,2 S Hernandez,2

C Fernandez-Pereira,3 C Ayora,1 M Janssen,4 J Garcıa-Martınez,5

A Linares-Solano5 and D Cazorla-Amoros5

1Institute of Earth Sciences (CSIC), LLuis Sole i Sabaris, s/n, 08028 Barcelona, Spain2Institute of Coal Chemistry (CSIC), Miguel Luesma, 4, 50015 Zaragoza, Spain3Departamento de Ingenierıa Quımica y Ambiental (ESIS), Camino de los Descubrimientos, s/n, Isla de la Cartuja, 41092 Sevilla, Spain4KEMA, Section of Environmental Affairs, Utrechtseweg, 310, 6800 ET Arnhem, The Netherlands5Departamento de Quımica Inorganica, Universidad de Alicante, St Vicent del Raspeig, 03690 Alicante, Spain

(Rec

� CoE-ma† PapContCont

� 6

��������� �� � � ���� �� ��� ������ �� ���� �� ��� �� �� ��� � ����� ������ �� ��������� ��

�� ��� ������ �� �������� ���� �� ��� ��� ���� ��� � � ���� �� ���� �� �� � ��� ������ ��

���� � ����� ���� �� �� ���� ��� ��� � � �� ��� �� !�"# ��� � ���� ������ �� ���� �� � � ��

$������ ���� �� ���� �� % ���� �� ��� �&' ��� ��� �� ��� � � ���� �� ��� ���� ��� ����� ��

���� ��� �� �� �� �� $������ �� ������� ��� ����� ����� � �� � �� ��������� ��� �� ����(

� �� ��� ���� ������ )�� � ���� ������ ���� � �� ��� �� ����* �+� �� � ��� �� !�,�- ��.�

�� �� ������ ���� ������� ��� �� �� � ����� ���� �� ������ �� �� �� � � � � ���� ������ ��

/01 �01 ��� &23 ����� �� ����� �� �� ����� ��� � � �������� ��� ���� ���� �� ��� ���

���� � �� ������ �� ���� �� ��� �� �!"# ����� ����� �� ����� �� ����� �� �� �� ,! 14, ���

...�� ��. ��� /01 �01 ��� &23 ����� ��� �� ���� �� ��� �� ��� � � ���� �� ������ �� ����

� � �� $������ ���� �� ��� ��� � � ��(���� ��� ���� �����

� 1551 ��� �� �� /�� ��� 6�������

7������� ���� �� ��� ���� � ��� ����� ��� �������� ��� ������ ���

INTRODUCTION����� �� ���� �� ����� ������ ���� ��� �� ���� ���

���� ������ �� ����� ��� ���� ��� ���������� �� ��������

����� �� ���� �� ��� �������� ������ � �� ����

���� �� �� � ����� �� ���������� �� !��"# �� $��"""

�� �� !�%& � �������� ����� ��� �� �� ���� �

� ��� ��� ��� �� ����������� � ��� ���' �� � �����

���� ������� �� �� ����� �� ()(*$+ ' ����� ����� ���

���� ������ ��������� ������,

����� �� ��� �� �� ����� ���� �� � �� ���� ������ �

��� ������ ��� ��� �����, "� �� �� �� ����' �� ������

���� � �� �� ������ ���� ���� � - ����������. ���� ��

����� ��� � ���� �� ���� ��� �� ����� ��� ��� �� ��

��� ��������� �� � ��� �������� ,

!�� �� �� ���� �� ��� �� ����� �� �� ����� ���� �����

���� ���� !�)$� ���� ����' �������� �� � �� ������

���� � �� ��� �/�' 0' 1�' 2�' !�' 3� , #��� �� ���� ���

������� ��� �� ������� ���� ��� ��� ����� ������ ���

�� ���� �� ��� �� ����� �� �� 3����.� 4������� ��

����� ��,( "� �� ��� ������ �� ������ �������� ���

���� ������� �� �� ��� �� � ��� � �� ��� �� ������ ���

eived 4 July 2001; accepted 7 December 2001�

rrespondence to: X Querol, Institute of Earth Sciences (CSIC), LLuisil: [email protected] presented at the PROGRES Workshop: Novel Products from Comract/grant sponsor: European Union; contract/grant number: BRPR-Cract/grant sponsor: Spanish CICYT; contract/grant number: AMB99-1

**6 !���� � �� 1������� "���� ��, � ���� ����� �� ���� *6

���� � ��� �����' ���� �� ���� �� ���, 5�� ���� ��� ��

�� �� ������ ���������� !�)$� ����� �� ���' ������� �

�� �� �������� ����� ���� ����� ��� �� �� ����

���� �� ������� �' ��������� ������ �� ���������� ����

�� ����� ����� ��� �� ����� � ��� ���� � �� ���

�� ����� ��� ���� � ��� �����,

5�� ��������� ��������� ��� ������ �� ���� ��� ��

��� ����� �� ���� �� ���� �� ���� �� ����� ����������

�� ������ �������� �� ��� ��� �� �� �� ��� �� � 0%4

�� /�%4 ���� ����6)& ��� �� �� �� ��� ��� �� ������

���� �� ��� ��� �� �����7��� ������� ��� �� ��

������ ������ � �� � ���� ������� � ���� ���� �

������� ���� ���� �� ������ �,8 ����� �� �� ����� �� �

� ���� �� �� ��� ��� ���������� �� ������� ���� ��� ��

�� ����� �� ���� �� �� ���� �� ��� �����, "� ������

�������� ��� ���� ������� �� �� �� ����� ����� ��

��� 9���� �� �� ������� ��� �� ���� �� �� ����� �� ���

���������� �� �� ��� ��� �� ��� � �� ���:); ��� ��

�� ��� �� ���� �� �� ��������� ������ ��� ��� ���

��� ��� ��� ������ ��� ��� �������� �� �����,<'(*

5��� � ��� ����� �� ����� � �� �� ������� ��� ��

Sole i Sabaris, s/n, 08028 Barcelona, Spain

bustion Residues, 6–8 June 2001, Morella, SpainT98-0801147-CO2-O2

:;)68=8>6**6>?@*,** 6<6

nevinkoshy
Highlight
nevinkoshy
Highlight
nevinkoshy
Highlight
Page 2: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

������ �� � ��� � �� ���� ����� �� ��������

���� �� �� ����� ��� ������� ���� ���� �� ���' �� � ��

����� ���������� ��� �� ������ �� ��� ��� �� ����' ��

�� ��������� 9����� �� �� ����� ����� ��� �� ����

���� �� ��� ������� ��� ����� �� �� � �� ���' ���

������������� ����� ���� ��� � �� �� ��� �� ��

������ ��� �� ������� ����� �� � ���� �� 1%6' !%6 ���

/4 ,

@

METHODOLOGYMaterials����� �������� ����� �/�B(�' /�������� ��' ���������' ������ ��' C� ���

02����� ������ � ���� �� ����� �� ����� ��������

���������� ���� �� 5����� ��� /����� �� �����, 5��

��������� �� ��� ����� ����� ���� ���� �� ����� ����

����� � �����(( ��� ��� ���������� �� 5���� (, 5��

���������� ��������� � ���� ������� �� ����� &� ��

�� ��� �� &=&& B��� ����� ��� ����� �� � 5����

���� ���, $� �� �� ����������' �� ���� �� ������ ���

9� ����' ������' ����� ��� � ���� ��� �����7���

��������� � ���, DEA �������� �������� � ���� ����

�� �� ���� � �� ��� �� ���������� ������ �, 5��

��������� �� ����� ���� ��� �� ��� ����� �� ��

/�B(����� ������ �:8F ���� /����� �� ��� ����

���������� � � ���� ���� �����(6 ��� (�� �� ���

���� �� ������ ��� ���� �� �� ������� ��� �� �,

���� ��� � ����� � ��� ������� ��� ����� �� ��� �� ����� ��� �� ���B��� ���� �� �� ����� ��� �� ����� ���� ���� ������

���� ���� �� ��� �� ���� �� 2������ �� ��� ��������

�� ��� ����� ��� !����, 5�� !�%6 �� ��� ��� �� � ����

��������� ����� (�� �� �� 2������ �� ��� ��� @��@

�� �� �� ��� �� ���� ��� �6��� ���@ /�%4 �� �

8��@ 3�������� �� ������' �� � ��� ������ � ������' �

<*°1 ��� :�, 5�� ����� ��� ���� ��� ��� ������ (&,:�

!����@ ��� 9� ���� ��� �������� �� � � ��� � �� ��

���� �� $����������� ���� ��� ������ 8=,:� ���@ $�

��� (&,<� ���@ /�%4 � �� ��� � ���� ���� �

������ ����� �� ��� �� �� ����� ���� ��� ���� � &$

�� ������ �� !�G�,(@ 5�� �� � �� ��� ���� ���� ����

�������� � ������� /�6%>!�%6' 46%>/�6% ���

!�%6>$�6%@ ����� �� ��� �� (,@' @;,< ��� 6,('

������ �����, 5�� ��� ����� ��������� ��� ������ ��

�� � � (� ������� � ��� � ;*°1 �� � � ������' � 66�

����� � ��� � ���� ������ ���' ��� � 9��� (*�

���� ������ ��� � ��� � ;*°1, DEA �������� ������

�� �� ��� ����� ������ ������ �� �� � ���� &$)D

�:*�&*F �����,

Table 1. Experimental conditions andzeolitic material synthesised from theTeruel and Narcea fly ashes by directconversion for subsequent wastewater andflue gas decontamination tests

���� ������ ���� ���

���������� �����

���� �����

!������ �����

#����� $�%�

&' �����

(��� ) $�%�

� ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6

Cation uptake from polluted waters1� ��� �������� ������ ��� �1H1 ���� �� �������

��� ��� �� ����� ���� �� ������ � ����� ��������

���� ���� ��������� �� "� ���� ����� !��� E��������

��� "������ ��� 1�� �� �� ��������,(&

5�� �� � �� ��������� � ���� �� �� � ������ � ��

�� �� ��� ������� ��� �� �� /�B(����� �� ����� ������

��� /�B� ��� �� &$)D ����� ������ ��� &$ �� �� ���

���������� ��� ��� � �� �� ����� ����� ���, 5����

������ � ���� ����� �� ��� �� ����� ����� ���

��������� � ������� �� ���� ������ 1H1 ������

�������� �� � �� � ��� ������ � �� �����,

C�� �� �� ��� �� ����� �� ��� ���� ����� ��

�� ���' � �� �� ������ ��� ������ ���� ������ �� �����

�� ��� ��� ������ �� ���� �� 5�� � E���� �� ��

������ � �� /����� �������, 5��� ������ �6,8 �4 ���

C��>!����� �� �� �� ������ ����� �� �� � ����� �� ��� ��

� �����7����� �� �� �� ������ �������� �� ���9��

��� �� ��� �� ���������� ������ ����� �� �� E��

5�� � B��� � 3�� , A���� ����� ��� ��������� � ����

��������� �� ������ 8**��@ ���7�� � �� � �� /�B�

��� �� &$ ������ � �� � ��� ������ � ������ � ����

������ ��� ��� @*��� �� B#1 ��� ������, 3� �

���� �� ������ � ���� ����� �� �� ����� 8)@*� ���@,

C�� �� �� ��� �� /4&� � �����/4&

� �� �� ����

1������ B����� � !$' � ��������� ������� ����' ���

������� � ������� ����� ����� ��� ��������� �

����� �� /�B� ������ , 5��� ��� ��� �� �� �� �� ����

���� ������� � � ���� ���� ������ ������ �� ��� ����

���� � ���� ��� ����� �� �� /4&� ������ � �� ��

���� � ������ ��� � ��� ����� � ���, B����������

�� � ����� 6*):6� ���@ ����� ���� ��������� �

�� ��� /4&� ���� ��� �� �� ���� ���� �� � ��������

/�� ������ �� ���� �@*)@****�� ���@ /�1�)

/�6!%& � � ��� �� ����� �� �� /4&�>/�� �� ��,

%� ���� ����� ���� ���� ���� � �� ��� ��������

���� �� ���� 1������ ��� � �� �� �(:@8��

/4&� ���@' 8� /�1� ���@' 8*� /�6!%&��

�@ ���

(8*� /�6!6%@���@ ��� 1������ ������ �� ���

�(8<:�� /4&� ���@' (,8� /�1� ���@' (,8� /�6�

!%& ���@' ��� 8� /�6!6%@ ���@ ,

5�� ��� �� � �� ����� ��� ���� ������ � ����

�� ������� �� �� �������� �� �� ������� ��� ���� ��

�� ����� ����� �� ���� ���� ���� �� �������� �� �

�� "1B�$H! ��� "1B�2!, I����� �� �������� ����

�� ������� ���� ��7����� �� C"$��������� ��

�� ����,

Adsorption of CO2, SO2 and NH35�� 1% ' !% ��� /4 ������ ��� ������ ��� �� ��

6 6 @

�������� ���������

��� � ���� ����� ���°�� ��� ������� �� ���� �� �������

��� � ���� ����� ���°�� �� ������� �� ���� ���������� � ���� ����� ���°�� �"�� �������� �� ���� ���������� � ���� ����� ���°�� �"�� �������� �� ���� �������&� � ���� ����� ���°�� "��� �������� �� ���� �������&� � ���� ����� ���°�� �"�� �������� �� ���� �������

6<@

nevinkoshy
Highlight
Page 3: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

Figure 1. NH4� uptake capacity of the NaP1 product obtained for solutions

with different Na� concentrations and a fixed 800mg NH4� dm�3 content.

� ���� � ��

���� �� �� ������ ���� �� ������� ����� ������

������� ����� �������� ��� �7������ ��� ��� ���� ���

�������� �� � ����� �� �� ��� �� �������� �����, 3� �

�� ���������� ���� ����� �� � ���� ��� ������� �� �

� ��� ������� ���� @* � :*��@ ����( �� ��� ��� ���

������ � ������ ������, "� �� ���� �� �� ���

���� ��� ��������' �� ��� ������� ���� �F� �� ��� ���

�� � 4� ��� ��� ��� ������ ��� ������ ���� ����

@*F 1%6 � �=;°1' (F !%6 � �(*°1 ��� (*F /4@

� �6@°1, J���� ���� ����� ����' ���� ��������

���� ��� �� ����� �� ��� ���� ��� �����, $ &**��

������ �� �� ���� � ��� ������ �� � ����� ���� �� ���

�� ��� �� � 6**°1 ������ �� ������ ��� ���� �

������ �� �� ��������� ���� �� ���� �, $� ��

�� ��� ���' �� ������� ���� ������ � ������ ����

���� 6* � ;*°1 ��� �� �������� ��� ��� ��������

�� ������ ������ ��� �, "� �� ���� �� �� ������

������� ����� �� ������ ��� �� �� ���� ��� ������ � ��

!%6 ��� /4@' �� ��� ������� ���� �� �� ���� *,@

F� ��� !%6 ��� /4@ �� � /6 ���, 5�� ���� ��� �� �

���� ������� �� �� � (*�� �� ���� ���� �� �� �����' �

68°1 ��� 6�' �� �� �� ��� ��� � &**°1, $� �� ��

���� ��� ��������� �' �� ������� ���� ��� �� �

(8*°1 � �� ������ �� �������� ��� ��������

���� ��� ������ ��� �� ���� �� �� �������� ��� �� ���

���, 5�� �������� �� ��� ��� ������ ���� �6** ���

&**°1 ��� ���� ��� ����� ���� ���� �� �� ��

�� ���������� ���� ����� �� � � ��� �� �� ���������

�� �� �� ��������� �� �� ���� ��� ������ � �� ��

�������� �����' ��� �� �������� �� ������ ��� ��

�� ���� ��� ������ �,

RESULTS AND DISCUSSION5�� �������� 2������' /����� ��� 5����� �� �����

������ � ���� ��� 1H1 ��*,*8��7��(' 5���� 6 ,

4������' �� ��� ������� ���� �� ������ � ���� ����

���� 1H1' ��������� �� &$)D ����� ��� ������� ����

�� ������ �� ��� � �&,=��7��(' 5���� 6 , 5�� 1H1 ��

�� ����� ���������� ������ � ������ ���� ���� �����

���� ������ �� ����� ��� /�B�' /�������� �' 02 ���

����� C �6,=' 6,(' (,< ��� (,<��7��(' ������ �����

���� � �� ��� 1H1 �� �������� ��� ������ � �*,:

��� *,@��7��( , 5�� ���� 1H1 ������ �� ����� ���

�� ���� &$)D ����� ��� ���� �� �� �����

���������� ������ � ���� ���� �� ������ ���� �� ���

Table 2. CEC (meq g�1) determinedfor the zeolitic material and theoriginal fly ash

���� ������ ���

"!�* "+,

���� �+,

���������� �+�

&' �+

(��� ) �+

!������ �+-

#����� �+�

)�� ��� ��+��

6<&

�� ��� ��� ����� ���� ������� ���� ����� �� ���� ����

������� ������ ����� � ��� ��������� �@ ������� ����

1H1 ������ ������� ���� ( � 6��7��(, !���� ��

������ 1H1 ������ ���� �� ����� ��� �� &$)D ���

/�B� ������ �' ���� ���� ����� �� ��� �����7���

����� ����� ��� �� �,

NH4� uptake from waste and effluent water from a

black-dye factory$� ����� ���� ���� /4&

� �� ��� ������ ���� �� �����

���� �� ������ ��� �� �' �� ������� �� ��� �� �� ���

��� ��� ��� ��� ������������ ������ ���� �������

������ ��� � ��� ����� � ��� �� � � ��� ����� �� ����

�� �� ���� ���, 5� ����� �� �������� �� ���

������ � �� �� ���� �� �� ������ ���� � �������

��� ��� �� �� ���' ���� /4&� ��� � ��� ������

�� ��� ������� (:**�� /4&����@ ���� � ������

��� ��� ��� �1������ B����� � !$ ���� ����� �� ���

� ��� �� � �� /�B� ���� �, 5���� ����� ���� �� ���

��� ������ ������ �� ���� ������ �� /4&� �� � �� ���

�� � � ���� ���� /�� ��� ������ �� ���,

B���� � �� ����� ����� ��� �� �' /4&� �� ���

��������� � �� � ���� /�1� ���� ���� ������ �� ��

/4&� �� ��� �� ��� �(,@��7��( �� �� /�� ��� ��

�� �� ���� ���� �� �(,(� /�����@' �� �� �� ���

��������� ���� ������ � *,;)*,8��7 /4&���( �� �����

���� ��� ������ =,8)@*� /�����@ �C�� ( , 5�� ����

/��>/4&� �� �� �� �� 1������ ��� ��� �� �(,:�

/4&� ���@ �� � (8*� /�6!%& ���@ ��� (**� /�1�

���@ �� ��� ��� ����������� ��� � ���� �� �� /4&�

�� ��� � *,@)*,&��7 /4&� ��( �5���� @ , 4������'

�� /4&� �� ��� ������ � �� /�B� ����� �� ������

�� ��' ����� ��� ���� � ������� /4&� ��� �� �� �

Table 3. NH4� uptake capacities of the NaP1 product obtained

for the Clariant waste and effluent waters

��� ����

�������

�������� ����

�!�

�������

�"# �� ���� ����

�!�

�������

�� �

"� , �,

-� - �-

� ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6

Page 4: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

������ �� � ��� � �� ���� ����� �� ��������

�� �� �� ��� �� � /�� ������ �� ���� ������� @*

���� �(,8� /�1����@ ��� 8� /�6!%& ���@ ' ���

���� ����� � (,*��7 /4&� ��( ��� � /�B� ���� ��

6*� ���@, 1����7��� ��' �� /�B� ���� � ��� �

�� �� ��� ������� ��� ��� �� ������� �� /4&� ����

�� 1������ ������ �� ���,

Heavy metal uptake from acid mine waters5�� ����� �� �� /�B� ��� &$)D ���� �� ������ �

�� �� ��� �� �� ��� �� ����� �� ��� ���� �� 5�� �

E���� �� �� ������ ���� 8 � @*� ���@, 5�� ��������

�� �� ��� ����� ���� ���� C�@� ��� $�@� ��� �� �

�&&* ��� ((*�����@' ������ ����� , 5���� �������

�� ���� ���� � ������ ��9�� � ��� �� /�� �������� �� �

�� �� ���� �� �� � ������ � ��� �� �� �������

����� �� ��� ���6�' 1�6�' B�6�' 1�6� ' ��� ������

7��� �� ���� ������ �� ���� �� ���� �� �� ���� ���

������ �� ����� �� �� �� ��� ������ � �� �� ���� ��

������ �,

5�� ����� � �� ����� �� � �� &$)D ���� � �5����

&' C�� 6 ������ �� �� ���� � ���� ������ �

����� ����� � �� 5�� � E���� �� �� ������ ���� (*

� 68� ���@ ��������� �� �� 7���� � � �������

��7�����, 5���' �� � �� 68� ���@ ����' �� �������

Table 4. Concentrations of major and trace elements before and after the deconzeolitesdm�3 water)

$�%��

&���

����

'�����

���

+ , -., �+ �, /+ �+

0 �+� �+� �+, "+� "+� "+- �

!� ��� ��� �� ,, �" � �

1 �+" �+" �+" �+� �+- �+, �

�� " ��� �-� ��" ��- �", ���

'� ��� ��- ��, ��" ��� ��� �

�� "- �� "�" ��� - � �� ���,

�% �- �� �� �� "+- � �

) """ �+� �+� �+" �+� "+� �

'� �� �� �� �� �� � "

2� �" �� "� "� �� �� �

#�"�� ��" �"� �"� ��, ��� ��- ��

#��� � �� ," ,� ,� �� ��

�!� �� � �� �� � , �

�� ��- ��- ,� �� ��+� ��+ ��

�� ,�� ,�" ��" ,�� ,�� -�, ��-

�� ��- �" ��� �-� �"� ��� ���

�� �"� ��+ ��+ ��+ ��+� ��+ ��

1� �" �� " � ��+� � �,

�� �" �� �� �- �� "� ��,

'� �� �� - � , �- �-

#� �, �� �� �� �� �� ��

3 �� � �" �� �� � ��

4 �" �� �� �� ��+� �� ��

0�� 1������ 1����� ��

��� �+� �+� �+� �+ �+, �+" "

������� "+� �+� �+ �+" �+ �+� �

� ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6

�� ���� �� ����� ����� �� � ��������� �� �� ������ ��

����� ���� � (�����@ $�' ��� �*,@�����@ ���

1�' C�' 2� ��� ��, 2�������' ������ �� 3�' 1�' 1�'

2�' !�' J ��� # ���� ������� � �(�����@,

C������' � ���� �� ���� �� �� ������ �� ���� �� $�' 1�

��� /� � &' = ��� (=�����@' ������ ����� ��� ����

�� ����� ����������� <88' =8( ��� @(:�����@ , C����

/�� ��� �� � �� �� ��� �� ������� ������� ((**��

���@ ������� �� �� ��� �������� �� �� ����� �� ���,

$� � ����� �� �� ����� 1H1 �� �� /�B( ������

�� � ������ � &$)D' �� ������� ���� � ����

�@*� ���@' 5���� &' C�� 6 ��� ������ � �� ���

������� �� �� 7���� � � ������� � ���� �� ����� �� �

� (8� ���@ ���� �� �� &$)D ������ , 4������'

�� ����� �� ��� �� � �� ��������� ������ � ����

�������� �� ��� ��� ����� �$�' 3' 1�' 2�' J ��� # ��

�� 5�� � E���� �� �� ��� �� �� � &$)D ���� � ����'

�� ��� �����' ����� ��� �� �������� ��� �� �� ��

����� �� �� �� ������, $� ����� ��� ��� 1� �� ��

���� �� �� ������ /�B( ���� � �����' ����� ��

��� �� �� 1� ������� (6*�� ���@,

5�� ���� ��� �� ���� � �� ����� ������ �� �4 �

�������� �� ��� �� ��������� �, $� �� �4 �����

�������� ��� ������ ������� ��� �� ��� �����

tamination tests of a water sample from the River Tinto (doses refer to g

���� .�����/

�()*

, -., �+ �, /+ /, �+

�����

+� �+- �+� "+� "+- �+� �+- -+�

��� ,� "� " " � �

+� �+� �+� �+� �+� �+� �+� �+�

-� "- �� � � � �+"

�" , -� "� �� �� -

�"� ,"� �,� ��"� ��� ��- ���

+� � �� �+- �+� �+" �+� �+�

+� �+ �+� �+� �+� �+� �+� �+�

� - " � �+� �+� �+�

�� �� �� � �+� �+� �+�

,"- , � ,,, , � ��� ��� �"�

�-� �-, �-� ��� ��� ��� �

�����

- " � � " �

+� ��� �- �� ��+� ��+� ��+� ��+�

-�� ",� �-� ��� �" , �

��, ��� �- � "� �, ��

+� �� " � ��+� ��+� ��+� ��+�

, � � ��+� ��+� ��+� ��+�

� � ��+ ��+� ��+� ��+� ��+�

��+ ��+ ��+ ��+� ��+� ��+� ��+�

� � � � � � �

, - � � � � �

+� �� �� �� ��+� ��+� ��+� ��+�

���� ����� �!� .��2���/+� "+� �+- �+ �+� �+ �+,

+- "+- "+� �+� �+� �+� �+,

6<8

nevinkoshy
Highlight
nevinkoshy
Highlight
Page 5: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

Figure 2. Plots of Fe, Al, Zn, Cu, Mn,As, Cd and Pb concentrations versuszeolite dose applied in thedecontamination tests of the RiverTinto water using 4A and NaP1 zeoliteproducts.

� ���� � ��

������� � � �� � ���� ����� ������, " �� ����� �� �

��� ������� ��� ��� �� ���� �� �� �� ��� �� �� �

�������� �� �� ���� � ���� �� ��� � �� ��� ��������

�� � ������ �� � ����� ������� � ���, C��� ��' �� ���

��������� �� ���� �� /�� �������� ��� �� � ��

�� ��� �� ��� �� ���� �� ���� ��� �5���� & ������ �

�� �� ���� ��� � �� ��� ��������' ������� � ���

��������� �����' ����� �� ������ �� �� ���� �� �

������ � ��������� /��, 2�������' � �����9���

�������� �� C� ��� $� � �� ��������� �� ��

��������� � ������ � ������� � ��� �� �� C�)$������

������ �����, 1����� �������� ����� � ������� � �

���� ���� �� ��� ��� ��������� $��%4 @ ���

C��%4 @' ������' �� �������� � �/�C�@

�!%& 6�%4 : ' ������� � �$�%4!%& ' ��� ���������

�� � �$�&�%4 (*!%& ,

"� ���� �����' �� ��� �� �� ��������� ������ �����

��� ������ �' ���� �� # ��� $�' ��� ���� ������

������� �� �� ��� �� �� �� ���� �� 5�� � E����,

3� � $� ��� # ���� ������ �� ��� �� ����� �� �4 ��

�� ��������� �' ��� ��� ���� �� �� ������ �� ����

����� �� � ���� �� � �� ��� ��������, 5��� �������

��� �� ��� � �� ������� � ��� �� ������� �

�C�$�%&,46% �� �� �4 �� ��������� �� �� ���� �

���� ���, /� �7������� ����� �� ����� ���# ��

������� $�)# ��������� ��� ��������� �� ����� � �����

6<:

� �� ����� �� ������� � ��� �� �� � ������ � ����

���� 1� �� ��� ������ ��,((

$� ����� � ���� �� �4 � ������� � � �� ����� �� ���

���� �� 5�� � E���� �� �� ��� �� ���� ��������� �

��� �� ��� �������� ��� ����� ����� ��� ��������'

�� ����� � ������ �� � �� ���� ���� �� ��� ��� ��

��� �� �� � � �� ����������� ���� � ������ �

���� ������ ������ �� ����� �� �� ����, C��� ��

����� � �� �� �� �� ����� ����� ��� �� � �� �������

��� �� � ��� ����� ��� �� ��9�� � �� �� ��������

�� ���� ��� �� ���� � �������� �� �� ��� �� ���������

C�@� � $�@� � 1�6� � B�6� � 1�6� K 5�� � ��6� �2�6� � 1�6� K !�6� � 2�6�, B������ � ��� �� �� ���

������� ����� ������' �� ���� ��� � �� ��� ��������

�������' �������� �� ��9������ �� �� ����� ������

��� �� �,

Adsorption of CO2, SO2 and NH35�� 1%6' !%6 ��� /4@ ������ ��� ������ ��� ��� ��

1%6 ������� ���� � 6=@0 � 1%6 �� ������� ��� ��

���� �� ������ � ��� ����� �� 5���� 8, 5�� ���� �����

�� &$)D ���� �� ��� �� ������ ������ ��� ������ �

��� ��� �� ��� ��������� �� ��, 5��� ���� �� ������

��� ������ ��� ������ ��� ������ �� ��� ����� ��

����� ��� ��� ��� ���� ��� ��������� �� � ������ �

�� ���� �� �� ����� ��� ������� ���� ���� �� ��� ��

� ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6

Page 6: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

Table 5. CO2, SO2 and NH3 adsorption capacities(mgg�1) determined for the zeolitic products andSCO2 (m2g�1)

�3/ �3/ ��� #�3/

(��%���� & �°��4 ��� ��� "�� ��� "��

(���� ��� & �°��4 �,� ��� �� ��� ��

����������� � �%�4 ������ ����� ���� ������ ����

������� ������� ������� ��/����"!5* ," �� � , ��� ,� - �

���������� �� � �� ���

���� " �� � �, ",

) " �� � �� �"

&' � � �� � �� ��

#����� � " �� � �� �,

!������ � � �� � �� ��

��6 �� ������+

������ �� � ��� � �� ���� ����� �� ��������

����� ����������, 5��� �� �������� ��� � �� �����

�������� �� ���� � D ��� &$ �= ��� &$+ ' ������ �����

�� � ������ � �� � ��� ���� �� �� ����� �� ���

��������� � ����� �� ����� ����� �� �� ���� �,

/�������� � ��� ��������� � ��� �� ������ 1%6'

!%6 ��� /4@ ������ ��� ������ ��� ��� �� �����

���������� ���� ��' �� �� � ��� ��� ����� �� ����� ���

����� ��� �� &$)D ���� � �����,

5�� ����� � ���� ������ � ����� ������� ��� �� ����

1%6 ��� �� ��� �� ��� ������ ���, 5���' �� ����� ��

&$)D ���� �� ������ �� 1%6 ������ ��� ����� ��

����� ��� ������ ��� ��� �� ����� ����������

������ � �� � �� ����� ��� �� /�������� �, L����

�� ����� ����� �� �� �� �������� �� ���� ��

���� ��' � �� �������� �� �� �� ����� ������� ��

�������� �� ����� ��������,

J���� �� ������� ����� ���� ���� �� �� ���� ���

�� � � �� ����� ������ ����' �� �� ��� �� ���

��������� �� ����������� ��� � � �������� ���� ���

�������, "� ��� �����' �� !%6 �� ��� ������ � ���

���� ������ �������� ��� �� ����� �� ����� ��� ����

�� ���� ��� ��� ������� �� � 68°1 ��� �� ������

�� ��� ��� ��� ��������� ���� 6** � &**°1,

C����� @ ����� �� ������� �� �� ��� �� ����� ���

�� ������>�������� 4 % ��� !% ����� ��������

6 6

Figure 3. Thermogravimetric evolution ofthe SO2 sorption experiment with the 4A–Xblend obtained from the silica extracts fromMeirama fly ash.

� ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6

������ ��� ��� � �� ����� �� �� ���� ��� �������

��� � � 68°1, 5�� ����� � ������ �� ���� =&F ��

�� ���� ��� �� �� ����� �� �������� ������ ���

���������' �� ������� ���� �� ����� ������ ��� ��

!%6 �������� ����� (8*°1, 5��� �� ���� ����� ��

����� � �� ����� �� �������� ��� �� �� ���� �� �� �����

�� ��������,

" �� ����� �� � �� � �� �� �������� �� �� ��

������ �� �� ��� ��� ��� ������������ ������ �� ���

�� ��� ������ � �� ���� ���� �� �� �� ��� ����� ����

������� ����, 1����7��� ��' �� ����� �� �� ��� ������

�� ���� �� ��� ���� �� �� ����� ��� ��� ��� ��� ���

�� �� �� ��� �� �� ������ �� ���' �� !%6 �� /4@

���� ��� ���� ��� �� ������ ������ ������� ������ �,

" ��� �� ��������� ���� �� ���� �� ���� �� ���

��� �������� �� �� ��� �� ���� ��� �� ������ ��� ��

&$ ��� D ���� ��' �������� �� /�������� �, 5�� ��

9�� ���� �� ��� �� �� ����� �� �����9��� ����� �

���� ������ �� ��� � ���� �� ���' �� �� ���� �����

���������� ����� ���� ��� ����� �� � ������ ���� �� �

������ �����(**°1, "� ��� ��� ������ ��� ����� ��

���� �� �� ����� ���������� �������' �� ��� ��������

��� �� �� �� ��� ����� �� ��� ������ � ��� �� ���

��� �� �� �����, $� ����� &$ ��� D ���� �� ���� ����

�� ����� �� ����� ���������� ���� �� ���' ��

6<=

Page 7: Application of Zeolitic Material Synthesised From Fly Ash to the Decontamination of Waste Water and Flue Gas

� ���� � ��

������ �� ��� �� �� ���� � �� �� ��� ������ �� ����

���, "� �� ����� ����������' ������ ������ ���� ���

������ � ��������' ��� ����� �� � ����' �� $�)!� �� ���

������ ����� � �� ������� � ��� �� ����������

���� ��,

ACKNOWLEDGEMENTS5��� � ��� ��� ������ �� �� �� 3E"5H�HJE$2

B������ ���� �� & � C�������� �� EMA �� ��

H������� J���� �!"IHD' 3EBE�15<;�*;*( ��� ��

�� !������ 1"1N5 �$23<<�((&=�1*6�*6 , O�

����� ���� ���� � ������� ��� ��� � ��� � �� �����

������ ��� ��������� H/AH!$ ��� J���G� CH/%!$

��� ��������� �� �� ��� �������,

REFERENCES( 3���� AO' !�� � "����� �����# ��� ���$ ������ �� ��� %��,

O���� "� ���������, ==( �� �(<=& ,

6 4�P���� 4 ��� O�������� J' ����� �� ����� ��� ���� �� ���,

&� ���� "����� 83�6()&@ �(<;8 ,

@ 0������� A' !���� #' B��������� H' %���������� Q' 0��������

I ��� !�� ��� "' H��������� � ���� ��� �� ���������� �� �����

�� ���� �� ��� ��� � ��������� �� ����� ������ �� ��� ���'

������� ���, �� � %������� � �� ������� '����� ."1�(:=)

(=; �(<<@ ,

& $������ 1�' 4������ L4' 0�� 5!' 2����� B$' L������� E1'

$������ 5 ��� �� �� 5���� I' !�� ����� ��� ������ ��� ��

���� �� ���� ���� �� ���, (����� �� ����� 35�=@8)=&6

�(<<: ,

8 4������ LL' ! ���������� L ��� Q�������Q����������G 2' $

6<;

���� �� ������� ��� �� ��� ����� �� ���� �� ���� ���� �� ���,

&�� ,9�(* �(668)(6@* �(<<< ,

: B� ��� L' 2������� I ��� 1��������� C' 1������� ������� ����

��� ��� �� �� ���� ��� ��� � �� ������, "� �� (�� ,�& �8*<)

8(< �(<<: ,

= I�� 1C' I� !!' I�� 4�N ��� I�� NQ' ! ������ ��� �� �������

��� ����� �� ����� ����� ��� ������ ���� �, )����� "� ��

85�@ �6(=)66: �(<<; ,

; R����� D' $��� ��� $' I�G���!���� $' B���� C' $����G� Q2' Q���

E' C����� B ��� E�� 1E' $ ��� �� ��� ��� ��������� �� ����

��������������� �� ���� � ��� �����, (����� �� �����

3.�< �686=)68@@ �(<<= ,

< !��������� $ ��� L�� ��� 2O' 5�� ������ ��� �� !%6 ��

���� �� ��� ������� ���� �� ���, (����� �� �����

33�< �(&:&)(&:< �(<<< ,

(* R����� D' B���� C' J���S� Q' $��� ��� $' $����G� Q2' Q��� E ���

I�G���!���� $' "���� ���� ������� ���� �� ���� ������ ���

��� ��� ���� � ��� ����� ��� ������� � ����� ���, H�������

1��� ��� ! ��� 1������ � 1�� ��� =66*>HA>*=<, C����

����� , (=: �� �(<<< ,

(( R����� D' J���S� Q1' B���� C' $��� ��� $' I����!���� $'

2��������� $' #����� $' A������ 2Q ��� L���TG��E��� H'

!�� ����� �� ���� �� ���� �� ��� � ���� ���� �����, H�������

�� �� �� ��� ������� ����, &�� 95�;8=);:8 �6**( ,

(6 R����� D' 2����� /' J���S� Q1' 2��������� $ ��� #����� $'

!�� ����� �� ���� �� ���� �� ��� � ���� ���� �����,

BE%LEH! O������� �� /���� B����� � ���� 1����� ���

E�������' 2������' !����' �� :():: �6**( ,

(@ !�G� 1' E�������� ��� �� �������� � ����� ��� �� �� �� ���������

��������� ���� �� ���� �� ��� ������ L����� ��� B����� �J���

����� � �� 3���������5�A��� J������� � ' (6; �� �(<<< ,

(& "!E"1, B��������� ��� ���� ��������, 5�������� ����� <' "� ���

�� ����� !��� E�������� ��� "������ ��� 1�� ��' C$%�J/,

<,()<,(@ �(<<8 ,

� ���� ����� �� ���� ,,�6<6)6<; �������� 6**6