17545

15349

كارشناسي ارشد

علوم و مهندسي محيط زيست (آلودگي‌هاي محيط زيست)

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

نه، 86ص.: مصور، جدول، نمودار

1401/02/27

كتابنامه

منابع طبيعي

مهندسي منابع طبيعي

1401/02/28

2831449

امروزه توسعه روزافزون كارخانجات سنگ‌بري و معادن از يك‌سو و استفاده گسترده از انواع سنگ‌هاي ساختماني در امر ساخت‌و‌ساز در داخل كشور از سوي ديگر منجر به افزايش توليد ضايعات حاصل از اين كارخانجات شده ‌است كه مديريت صحيح محيط‌زيستي را طلب مي‌نمايد. استفاده بهينه از اين ضايعات منجر به كاهش آلودگي‌هاي محيط‌زيستي و حفظ و نگهداري منابع طبيعي غير قابل جايگزين مي‌شود. سنگ‌هاي گرانيت و بازالت حاوي مقادير قابل توجهي از اكسيدهاي عناصر سيليسيوم و آلومينيوم هستند كه يك ماده خام مناسب براي توليد زئوليت است. زئوليت‌ها، بلورهاي آلومينوسيليكاتي و شامل مجموعه‌اي از چهاروجهي SiO4 و AlO4 هستند كه اتم‌هاي اكسيژن خود را به اشتراك گذاشته‌اند. زئوليت A يكي از انواع زئوليت مصنوعي است كه به دليل داشتن خاصيت كاتاليزوري، تعويض يوني و غربال مولكولي كاربرد گسترده‌اي در صنايع شيميايي دارد. در سال‌هاي اخير توليد زئوليت با اندازه‌ي بلوري كوچك‌تر براي بهبود خواص اشاره شده، اهميت زيادي پيدا ‌كرده ‌است. استفاده از مواد اوليه ارزان و در دسترس به منظور توليد زئوليت‌ها همواره مورد توجه بوده ‌است. در اين پژوهش، توليد زئوليت A با استفاده از نمونه‌هاي پسماند سنگ (بازالت، گرانيت سياه و گرانيت سفيد) و سديم آلومينات به عنوان منبع آلومينيوم انجام شد. مشخصه‌يابي نمونه‌هاي سنگ با كمك آزمون XRD و XRF انجام گرفت. نتايج حاصل از آزمون XRF نشان داد كه بيش‌ترين عناصر تشكيل دهنده‌ي نمونه‌هاي سنگ سيليسيوم (18/62-37/47%) و آلومينيوم (15-2/13%) بود. براي توليد زئوليت، از روش ذوب قليايي طي فرآيند هيدروترمال با در نظر گرفتن پارامترهاي مختلف شامل نسبت سديم هيدروكسيد به نمونه سنگ (2:1/1)، دما و زمان ماند در كوره (400، 500، 600 و 700 درجه سانتي‌گراد، 2 ساعت)، نسبت سديم آلومينات به نمونه ذوب شده (25:1/0، 5:1/0 و 75:1/0)، مدت زمان پيرسازي (24 ساعت)، دما و زمان بلورينگي در فرآيند هيدروترمال (90 درجه سانتي‌گراد، 2، 4 و 6 ساعت) استفاده شد. براي بررسي ويژگي‌‌هاي زئوليت‌هاي توليد شده، آزمون‌هاي مختلفي ازجمله XRD، XRF، CEC، SEM، EDX، BET، BJH و FT-IR استفاده گرديد. نتايج حاصل از آزمون XRD به صورت كيفي و كمي نشان داد زئوليت‌هاي توليد شده از نوع X و A با درصد خلوص بيش از 90% بودند. طبق يافته‌هاي حاصل براي توليد زئوليت A، حد بهينه دما 500 درجه سانتي‌گراد، نسبت سديم آلومينات به نمونه ذوب شده (5:1/0) و زمان بلورينگي 6 ساعت در نظر گرفته شد. سطح ويژه براي زئوليت‌هاي توليد شده بازالت، گرانيت سياه و گرانيت سفيد به ترتيب 8/36، 8/25 و 8/16 متر مربع بر گرم به‌ دست آمد. ظرفيت تبادل كاتيوني سنگ‌هاي بازالت، گرانيت سياه و گرانيت سفيد به ترتيب 2/3، 7/4 و 7/5 سانتي‌مول بر كيلوگرم و زئوليت‌هاي توليد شده بازالت، گرانيت سياه و گرانيت سفيد به ترتيب 7/157، 9/165 و 8/171 سانتي‌مول بر كيلوگرم بود. به طور كلي، توليد زئوليت از سنگ‌هاي گرانيت سياه، گرانيت سفيد و بازالت با در نظر گرفتن جنبه‌هاي اقتصادي مي‌تواند به عنوان يك روش مناسب براي مديريت اين پسماندها در صنايع سنگ مورد توجه قرار گيرد.

Nowadays, the increasing development of stone-cutting factories and mines on the one hand and the widespread use of building stones in construction in the country, on the other hand, has increased their wastes, which requires proper environmental management. Optimal usage of wastes leads to environmental pollution reduction and preservation of non-renewable natural resources. Granite and basalt stones contain significant amounts of silisium and aluminium oxides, which are suitable raw material for zeolite synthesis. Zeolites are aluminosilicate crystals containing a set of quadrilaterals SiO4 and AlO4 that share oxygen atoms. Zeolite A is one of the synthetic zeolites that has different applications in the chemical industry due to its catalytic properties, ion exchange, and molecular sieving. In the recent years, the zeolite synthesis with smaller crystal size has become important for improvement of the mentioned properties. Using cheap and available raw materials to produce zeolites has always been taken attention. In this study, the rock waste samples (basalt, black granite, and white granite) and sodium aluminate as a source of aluminium were used to synthesize the zeolite A. Characterization of rock samples was performed by XRD and XRF analysis. The results of XRF analysis showed that silica (47.37-62.18%) and aluminium (13.2-15%) are the most constituent elements of the rocks. The alkaline melting method during the hydrothermal process was used to synthesize zeolite with various parameters, including the ratio of sodium hydroxide to the rock sample (1:1.2), temperature and residence time in the furnace (400, 500, 600, and 700 °C; 2 h), the ratio of sodium aluminate to molten sample (1:0.25, 1:0.5 and 1:0.75), aging time (24 h), and temperature and crystallization time in the hydrothermal process (90 °C, 2, 4 and 6 h). The XRD, XRF, CEC, SEM, EDX, BET, BJH, and FT-IR were used to study the characteristics of the synthesized zeolites. Type X and A were with high purity according to qualitative and quantitative analysis of the synthesized zeolites. Therefore, based on the results of the zeolite A synthesis, the optimum temperature of 500 °C, the ratio of sodium aluminate to molten sample (1:0.5), and crystallization time of 6 hours were considered. The specific surface area for the synthesized zeolites of basalt, black granite, and white granite stones was 36.8, 25.8, and 16.8 m2/g. The cation exchange capacity of basalt, black granite, and white granite was 3.2, 4.7, and 5.7 meq/kg, while it was 157.7, 165.9, and 171.8 Cmol/kg for the synthesized zeolites. In general, the synthesis of zeolite from these rocks is recommended as a suitable method for waste management in the stone industry with considering the economic aspects.

نوراله ميرغفاري، محسن سليماني

حسين شريعتمداري، محمد نعمتي ورنوسفادراني