| Περίληψη: | 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.
|
|---|
