Η Τέφρα Φλοιού Ρυζιού (ΤΦΡ) είναι ένα από τα κυριότερα γεωργικά απόβλητα και προέρχεται από την καύση του φλοιού ρυζιού (ΦΡ) στις ορυζοβιομηχανίες για παραγωγή ενέργειας ή και μείωσης του όγκου των αποβλήτων. Η τέφρα φλοιού ρυζιού αποτελεί περίπου το 18-20% του φλοιού του ρυζιού, ο οποίος αποτελεί περίπου το 20% του ακατέργαστου ρυζιού ενώ συνήθως είναι κρυσταλλική. Καθώς ο παγκόσμιος όγκος της ετήσιας παραγωγής σε ρύζι και κατ’ επέκταση σε τέφρα φλοιού ρυζιού αυξάνεται διαρκώς, εγείροντας περιβαλλοντικά και οικονομικά ζητήματα, η ανεύρεση ενός αποδοτικού και οικολογικού τρόπου εκμετάλλευσης της είναι θέμα μείζονος σημασίας. Παράλληλα, τα υψηλά ποσοστά της ΤΦΡ σε διοξείδιο του πυριτίου την καθιστούν πιθανή πηγή πυριτίου για πολλές εφαρμογές, μία από τις οποίες είναι και οι σύνθεση ζεόλιθων.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η αξιοποίηση κρυσταλλικής ΤΦΡ στην σύνθεση τεσσάρων τύπων ζεόλιθων και συγκεκριμένα των MFI, FAU, BEA και LTA. Για τον σκοπό αυτό αρχικά χαρακτηρίστηκε η πρώτη ύλη, δηλαδή η ΤΦΡ, τόσο ως προς την χημική της σύσταση και περιεκτικότητα σε άκαυτο άνθρακα όσο και ως προς την κρυσταλλική δομή της. Στη συνέχεια εξακριβώθηκαν οι συνθήκες καύσης του ΦΡ οι οποίες οδηγούν στην μετατροπή από την άμορφη στην κρυσταλλική δομή του διοξειδίου του πυριτίου, η οποία ονομάζεται χριστοβαλίτης. Εφόσον αυτή η κρυσταλλική δομή είναι ακατάλληλη για την παραγωγή ζεόλιθων, μελετήθηκε η δυνατότητα διαλυτοποίησης της ΤΦΡ σε υδατικό διάλυμα καυστικού νατρίου ώστε να καταστραφούν οι κρύσταλλοι και να παραληφθεί άμορφο διοξείδιο του πυριτίου. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκαν οι μοριακές αναλογίες των πρώτων υλών που οδηγούν στη σύνθεση καθενός από τους τέσσερεις τύπους ζεόλιθων και η ΤΦΡ επεξεργάστηκε με την κατάλληλη αναλογία καυστικού νατρίου σε υδατικό διάλυμα σε διάφορες θερμοκρασίες και συνθήκες. Παρατηρήθηκε κρυστάλλωση του επιθυμητού τύπου ζεόλιθου σε κάθε μία από τις περιπτώσεις που εξετάστηκαν, ενώ το ποσοστό της διάλυσης του χριστοβαλίτη βρέθηκε ότι είχε την σημαντικότερη επίδραση στην απόδοση της διεργασίας και την καθαρότητα του προϊόντος. Ταυτόχρονα διαπιστώθηκε ότι το ποσοστό της διάλυσης του χριστοβαλίτη εξαρτάται κυρίως από την αναλογία μαζών RHA/NaOH και βρέθηκαν οι κατάλληλες τιμές.
Καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό διαλυμένου χριστοβαλίτη παρατηρήθηκε στην περίπτωση της σύνθεσης του ζεόλιθου LTA, η οποία επιπλέον δεν χρειάζεται οργανικό παράγοντα δομής ούτε υψηλές θερμοκρασίες, επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη και την βελτιστοποίηση της διεργασίας. Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν διαφορετικές μέθοδοι επεξεργασίας της ΤΦΡ με καυστικό νάτριο, σε μεγάλο θερμοκρασιακό και χρονικό εύρος, ώστε να μελετηθεί η κινητική της διάλυσης του χριστοβαλίτη και να βρεθεί η ενέργεια ενεργοποίησης της. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας και της διάρκειας στην κρυστάλλωση του ζεόλιθου LTA ώστε να μελετηθεί η κινητική της αντίδρασης και να βρεθεί η ενέργεια ενεργοποίησης της καθώς και οι βέλτιστες συνθήκες απόδοσης της διεργασίας και καθαρότητας του τελικού προϊόντος. Τέλος, εξετάστηκε η επίδραση δύο σημαντικών παραμέτρων, της θερμοκρασίας σύνθεσης και της ταχύτητας ανάδευσης στην ποιότητα του τελικού προϊόντος και βρέθηκαν οι βέλτιστες τιμές τους.
Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα από την παρούσα εργασία, έχουν κατατεθεί στον Οργανισμό Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας (Ο.Β.Ι.), για την χορήγηση Διπλώματος Ευρεσιτεχνίας (Δ.Ε.), με αριθμό αίτησης: 20120100391. / Rice husk ash (RHA) is one of the major agricultural wastes and results from the combustion of rice husk (RH) at rice in milling facilities for energy production or waste volumes reduction. Rice husk ash is about 18-20% of the cortex of the rice, which is approximately 20% of raw rice and is usually in its crystalline form. As the global volume of annual production in rice and hence rice husk ash is increasing, raising environmental and economic issues, finding an efficient and ecological way of RHA exploitation is a major issue. In addition, the high rates of RHA on silica render possible silicon source for many applications, one of which is the synthesis of zeolites.
In this study, the use of crystalline RHA in the synthesis of four zeolite types, namely MFI, FAU, BEA and LTA was investigated. For this purpose, the raw material, i.e. RHA, was characterized both in terms of its chemical composition and unburned carbon content as well as its crystalline structure. Afterwards, the combustion conditions of RH which lead to the conversion from the amorphous to the crystalline structure of silica, called cristobalite, were determined. Since this crystalline structure is unsuitable for the production of zeolites, the possibility of solubilizing RHA in aqueous sodium hydroxide solution was investigated, in order to destroy the crystals and receive amorphous silica. For this purpose, the molar ratios of the raw materials which would result in the synthesis of each of the four types of zeolites were selected and RHA was treated with the appropriate amount of sodium hydroxide in aqueous solution at various temperatures and conditions. The crystallization of the desired zeolite type in each of the cases examined was verified, while the rate of dissolution of cristobalite was found to have the most significant effect on the process efficiency and the product purity. Simultaneously, it was found that the rate of dissolution of cristobalite mainly depends on the mass ratio of RHA / NaOH and the most suitable values were determined.
As the majority of dissolved cristobalite was observed in the case of LTA synthesis, which moreover does not require organic structure directing agent nor high temperatures, it was chosen to be used for the study of design and optimization process. Specifically, several methods of RHA treatment with sodium hydroxide at high temperature and time range were examined, in order to study the kinetics of dissolution of cristobalite and to find the activation energy. Then, the influence of temperature and duration on the crystallization of LTA was examined in order to study the kinetics of the reaction and to determine the activation energy as well as the optimum conditions of the process in terms of efficiency and final product purity. Finally, the effect of two important parameters, the temperature of the synthesis and the stirring speed, on the final product quality was investigated and the optimal values were found.
The results and the conclusions of this study, have been submitted to the Hellenic Industrial Property Organization for the grant of Patent with application number: 20120100391.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5837 |
| Date | 01 February 2013 |
| Creators | Τσουκαλά, Βασιλική |
| Contributors | Νικολάκης, Βλαδίμηρος, Παρασκευά, Χριστάκης, Tsoukala, Vassiliki, Παρασκευά, Χριστάκης, Νικολάκης, Βλαδίμηρος, Παπαδάκης, Ευάγγελος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 6 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.003 seconds