Síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão para captura de dióxido de carbono

Abstract

The coal fly ash (CFA) is one of the main waste generated during the burning of fossil fuel. The annual global production of CFA is about 800 million tons and is increasing more and more. While a portion is recycled and reused in the construction area, much is still destined to landfills. This study aims to synthesize zeolites in two different scales employing for both CFA arising Thermoelectric Complex Jorge Lacerda, SC, in order to use them in carbon dioxide adsorption (CO2). For synthesis of zeolite was used hydrothermal process in two steps. The first step consisted mainly in the extraction of Si and Al contained in the CFA. The second step was to add an external source of Al in alkaline solution to hit the molar ratio and formation of zeolite of interest. The parameters time, temperature, Si/Al ratio and the reaction medium bench scale has been optimized for the scaling (5 times) was performed. The zeolitic material obtained was characterized using SEM-FEG, XRD, BET and NMR indicates the presence of zeolites X (major phase) and A. Under the conditions used was obtained on a smaller scale a mass of 5. 5 g of zeolites of interest while with large scale it was possible to obtain a value of 7 times greater. Tests for adsorption/desorption of CO2 in the zeolitic material was pelleted using bentonite and PVA. The material was efficient in capture and CO2 adsorption selectivity both with He mixture (inert gas), as in admixture with other gases (CH4 and CO). Obtained CO2 adsorption capacities of 0. 47 and 0. 92 mmol. g-1 with the individual standard in a mixture of He, and with synthetic standard (CO, CH4 and CO2, balance in N2 ), respectively. The adsorbent material produced showed good regeneration, and easily to desorb the adsorbed CO2 both with and without heating, for three cycles of adsorption/desorption tested. The results of this study indicated that the synthesized zeolitic product (X and A) from CFA, has potential use for the adsorption of CO2 at different conditions.

As cinzas leves de carvão (CLC) são um dos principais resíduos gerados durante a queima desse combustível fóssil. A geração global anual de CLC é de cerca de 800 milhões de toneladas e vem aumentando cada vez mais. Apesar de uma parte ser reciclada e reutilizada na área de construção civil, boa parte ainda é destinada a aterros sanitários. O presente trabalho visa sintetizar zeólitas em duas diferentes escalas empregando-se para tanto CLC oriundas do Complexo Termoelétrico Jorge Lacerda, SC, com o intuito de utilizá-las na adsorção de dióxido de carbono (CO2). Para síntese da zeólita foi utilizado o processo hidrotérmico em duas etapas. A primeira etapa consistiu basicamente na extração de Si e Al contidos na CLC. A segunda consistiu em adicionar uma fonte externa de Al em solução alcalina para acerto da razão molar e formação da zeólita de interesse. Os parâmetros tempo, temperatura, razão Si/Al e meio reacional da escala de bancada foram otimizados para que o aumento de escala (5 vezes) fosse realizado. O material zeolítico obtido foi caracterizado com o uso de MEV-FEG, DRX, RMN e BET indicando a presença de zeolitas X (fase majoritária) e A. Sob as condições utilizadas obteve-se em escala menor uma massa de 5,5 g da zeólita de interesse, enquanto com escala maior foi possível obter um valor 7 vezes maior. Para os testes de adsorção/dessorção de CO2 nos materiais zeolíticos, estas foram transformadas em pelotas utilizando bentonita e álcool polivinílico (PVA). O material se mostrou eficiente na captura e seletividade de adsorção de CO2 tanto em mistura com He (gás inerte), quanto em mistura com outros gases (CH4 e CO;) a temperatura de 30oC e pressão total de 1 atm. Obteve-se capacidades de adsorção de CO2 de 0,47 mmol. g-1 e 0,92 mmol. g-1 com o padrão individual em mistura de He e com padrão sintético (CO, CH4 e CO2, balanço em N2), respectivamente. O material adsorvente produzido demonstrou boa regeneração, tendo facilidade para dessorver o CO2 adsorvido tanto com e sem calor, para os três ciclos de adsorção/dessorção testados. Os resultados deste estudo indicaram que o produto zeólitico sintetizado (X e A) a partir de CLC, tem potencialidade de uso para a adsorção de CO2 em diferentes condições.