Testing of zeolite obtained from fly ash for use as CO2 sorbent
M. Wdowin 1  
,   R. Panek 2  
,   W. Franus 2  
 
More details
Hide details
1
Zakład Geotechnologii, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków
2
Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska, Lublin
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2014;17(4):329–338
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This paper presents the mineralogical and textural characteristics – as well as preliminary results of determining the CO2 sorption capacity – of synthetic zeolite materials derived from F class fly ash in hydrothermal reactions. Concerning the reaction products, three types of zeolite materials were obtained as follows: Na-X, Na-P1, and Na-A. The comparative material was a natural zeolite-clinoptilolite from the Sokirnica deposit (Ukraine). In order to enhance the sorption capacity of the tested zeolites with respect to carbon dioxide, they were activated by means of the organic compound polyethyleneimine (PEI). The untreated and activated materials were examined by XRD, SEM-EDS analysis for the purpose of determining the effect of activation on the structure of the zeolites. For all zeolites, CO2 sorption experiments were performed under static conditions. The studies showed that the PEI did not change the mineral composition of the zeolites; it only created a form of coating on the surfaces of the tested materials. Sorption capacity experiments showed better results for the CO2 sorption of PEI activated zeolite (up to six times higher). The best results were noted for the Na-X zeolite with PEI, where sorption capacity was at a level of 2.6 mmol/g, though it is too low a result to apply these materials on an industrial scale. Therefore, the need for further modification methods is necessary to increase the CO2 sorption capacity of the tested materials.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Badania właściwości zeolitów otrzymywanych z popiołów lotnych pod kątem wykorzystania ich jako sorbentów CO2
popiół lotny, synteza zeolitów, CO2, CCS
W pracy przedstawiono charakterystykę mineralogiczno-teksturalną oraz wstępne wyniki sorpcji CO2 syntetycznych materiałów zeolitowych otrzymanych z popiołu lotnego klasy F w wyniku reakcji hydrotermalnej. Jako produkty reakcji otrzymano trzy typy materiałów zeolitowych: Na-X, Na-P1, Na-A. Materiał porównawczy stanowił zeolit naturalny – klinoptilolit ze złoża Sokirnica (Ukraina). W celu zwiększenia chłonności sorpcyjnej względem ditlenku węgla badane materiały poddano aktywacji organicznej, wykorzystując w tym celu polietylenoiminę (PEI). Na aktywowanych i wyjściowych materiałach przeprowadzono analizy XRD oraz SEM-EDS na potrzeby określenia wpływu aktywacji na strukturę badanych zeolitów oraz przeprowadzono eksperymenty sorpcji CO2 w warunkach statycznych. Badania wykazały, że PEI nie zmienia składu mineralnego badanych zeolitów – jedynie tworzy formy tzw. „polew” (bezpostaciowych nagromadzeń) na powierzchniach badanych materiałów. Eksperymenty sorpcji dały lepsze wyniki chlonności sorpcyjnej CO2 dla zeolitów aktywowanych PEI (nawet sześciokrotnie). Najlepsze wyniki zanotowano dla zeolitu Na-X z PEI, gdzie chłonność sorpcyjna zachowała się na poziomie 2,6 mmol/g, co jest jednak zbyt niskim wynikiem, aby zastosować te materiały w skali technicznej. Dlatego konieczne są dalsze poszukiwania metod modyfikacji celem zwiększenia chlonności badanego materiału względem CO2.
 
REFERENCES (14)
1.
ACKLEY i in. 2003 – ACKLEY,M.W., REGE, S.U. i SEXENA, H. 2003. Application of natural zeolites in the purification and separation of gases. Micropor. Mesopor. Mater. 61, s. 25–42.
 
2.
BARAN P. i in 2014 – BARAN, P., ZARĘBSKA, K. i NODZEŃSKI, A. 2014. Energy Aspects of CO2 Sorption in the Context of Sequestration in Coal Deposits. J. Earth Sci. 25(4), s. 719–726.
 
3.
CHAŁUPNIK i in. 2013 – CHAŁUPNIK, S., FRANUS, W., WYSOCKA, M. i GZYL, G. 2013. Application of zeolites for radium removal from mine water. Envi. Sci. Pollut. Res. 20(11), s. 7900–7906.
 
4.
FRANUS, W. i WDOWIN, M. 2010. Removal of ammonium ions by selected natural and synthetic zeolites. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 26(4), s. 133–148.
 
5.
FRANUS, W. 2012. Characterization of X-type Zeolite Prepared from Coal Fly Ash. Pol. J. Environ. Stud. 21(2), s. 337–343.
 
6.
IPCC 2005. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Metz, B., O. Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, and L. A. Meyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 442 pp.
 
7.
LEE i in. 2013 – LEE, S.C., CHU CHIN HSIEH C.C., CHEN, C.H. i CHEN, Y.S. 2013. CO2 Adsorption by Y-Type Zeolite Impregnated with Amines in Indoor Air. Aerosol and Air Quality Research 13, s. 360–366.
 
8.
QI i in. 2011 – QI, G., WANG, Y., ESTEVEZ, L., DUAN, X., ANAKO, N., PARK, Ah-H.A., LI, W., JONESC, Ch.W. i GIANNELIS, E.P. 2011. High efficiency nanocomposite sorbents for CO2 capture based on amine-functionalized mesoporous capsules. Energy Environ. Sci. 4, s. 444–452.
 
9.
RACKLEY, S.A. 2010. Carbon Capture and Storage. Elsevier, 392 pp.
 
10.
SPRYNSKYY i in. 2005 – SPRYNSKYY, M., LEBEDYNETS, M., TERZYK, A.P., KOWALCZYK, P., NAMIEŚNIK, J. i BUSZEWSKI, B. 2005. Ammonium sorption from aqueous solutions by the natural zeolite Transcarpathian clinoptilolite studied under dynamic conditions. J.Colloid and Interface Sci. 284, s. 408–415.
 
11.
WDOWIN i in. 2012 – WDOWIN, M., FRANUS, W. i PANEK, R. 2012. Preliminary results of usage possibilities of carbonate and zeolitic sorbents in CO2 capture. Fresen Environ Bull 21(12), s. 3726–3734.
 
12.
WDOWIN i in. 2014 – WDOWIN, M., WIATROS-MOTYKA, M.M., PANEK, R., STEVENS, L.A., FRANUS, W. i SNAPE, C.E. 2014. Experimental study of mercury removal from exhaust gases. Fuel 128, s. 451–457.
 
13.
XU i in. 2003 – XU, X., SONG, C., ANDRESEN, J.M., MILLER, B.G. i SCARONI, A.W. 2003. Preparation and characterization of novel CO2 molecular basket; adsorbents based on modified mesoporous molecular sieve MCM-41. Micropor. Mesopor. Mater. 62, s. 29–45.
 
14.
YANG i in. 2008 – YANG, H., XU, Z., FAN, M., GUPTA, R., SLIMANE, R.B., BLAND, A.E. i WRIGHT, I. 2008. Progress in carbon dioxide separation and capture: A review. J. Envi Sci. 20, s. 14–27.
 
ISSN:1429-6675