Smectites were synthesized from Na-P type and Na-A type zeolites by the hydrothermal synthetic method, and their physicochemical properties were studied. The optimal synthetic conditions for producing smectite were $290^{\circ}C$, 72 hr and $75{\sim}100kgf/cm^2$ in autogenous pressure. pHs of initial reaction solutions for the synthesis of smectites from Na-P type and Na-A type zeolite s were pH 6 and pH 10, respectively. The synthetic smectite was confirmed as $12{\AA}$-beidellite by a series of analysis such as X-ray diffraction analysis with random and oriented mounts, ethylene glycol treatment, and Greene-Kelly test, and their several physicochemical properties were studied.
Nano-sized ZnO crystals were successfully incorporated using ion exchange method in TMA-A zeolite synthesized by the hydrothermal method. The optimal composition for the synthesis of TMA-A zeolite was resulted in a solution of $Al(i-pro)_3$ : 2.2 TEOS : 2.4 TMAOH : 0.3 NaOH : 200 $H_2O$. 0.3 g of TMA-A zeolite and 5 mol of $ZnCl_2$ solution were employed for the preparation of ZnO incorporated TMA-A zeolite. The crystallization process of ZnO incorporated TMA-A zeolite was analyzed by X-ray diffraction (XRD). The incorporated nano-sized ZnO crystals and the crystallinity of TMA-A zeolite were evaluated by transmission electron microscopy (TEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The size of the incorporated nano-sized ZnO crystals was 3~5 nm, while the TMA-A zeolite was 60~100 nm. The bonding structure and absorption of the ZnO incorporated TMA-A zeolite were compared with the ZnO and TMA-A zeolite by the FT-IR analysis. Subsequentlly, the ZnO incorporated TMA-A zeolite showed the photoluminescent characteristics on the wavelengths of 330~260 nm and 260~230 nm by measurement of UV spectrophotometer.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.6
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pp.659-665
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2008
This study is about zeolite synthesis from the sewage sludge incinerator fly ash of "S" sewage treatment center located in Seoul. For this purpose, the properties of raw fly ash as starting material, the hydrothermal conditions for zeolite synthesis and the environmental applicabilities of synthesized zeolites were examined. Fly ash from sewage sludge incinerator has large quantities of SiO$_2$ and Al$_2$O$_3$ and their contents are 42.8 wt.% and 21.2 wt.% respectively. So fly ash is considered to be possible starting material for zeolite synthesis. The results from leaching test of fly ash showed that the concentration of hazardous metals were very low as compared with the Korea leaching standard of the Waste Management Law. But the concentration from total recoverable test of fly ash were higher than the fertilizer standard of Fertilizer Management Law. Major zeolite products synthesized by hydrothermal reaction are analcime in teflon vessel and zeolite P1 in borosilicate flask. Optimum conditions for the synthesis of analcime were 1 N of NaOH concentration, 16 hour of reaction time and 135$^{\circ}C$ of reaction temperature. For the zeolite P1 formation, the proper conditions were demonstrated to be 5 N of NaOH concentration, 16 hour reaction time and 130$^{\circ}C$ of reaction temperature in this study. Hazardous metal contents in the analcime product are similar with those in raw fly ash. In case of the zeolite P1, the contents are reduced to nearly a half. Raw fly ash and the analcime product showed NH$_4{^+}$ ion exchange capacity of 0$\sim$1.0 mg of NH$_4{^+}$g$^{-1}$ and 3.0$\sim$7.4 mg of NH$_4{^+}$g$^{-1}$, respectively. However, the zeolite P1 product reached exchange capacity to 14.6$\sim$17.8 mg of NH$_4{^+}$g$^{-1}$. This values are in the range of those of natural clinoptilolite and phillipsite. From this point of view, zeolite synthesis from sewage treatment sludge incinerator fly ash is a good alternative for solid waste recycling.
Pervaporation process using a NaY zeolite membrane was applied for separation of water generated in an esterification process as a byproduct. From the binary mixture of water and either ethyl acetate or acetic acid and the ternary mixture of water, ethanol and ethyl acetate which might be present in an esterification reaction for manufacturing ethyl acetate, water was separated by the membrane pervaporation. It was investigated how the operating parameters such as an organic concentration and a temperature affected the permeate flux and the separation factor of water. For the feed mixture of water/ethyl acetate, the total flux and the separation factor of water were observed to be $930-5,000g/m^2/hr$ and 3,700-8,000, respectively. Also it was found for ternary mixtures of water/ethanol/ethyl acetate that the total flux was $1,300-3,900g/m^2/hr$ and the separation factor was 530-1,600. A pervaporation process might be applied in an esterification process since both the total flux and the separation factor of water through the NaY zeolite membrane were shown to be very high.
Jo, Byung-Wan;Kang, Suk-Won;Park, Seung-Kook;Choi, Ji-Sun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.2
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pp.203-209
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2011
The cement industry is expected to face a major set-back in the near future due to its large energy consumption and $CO_2$ production, causing global warming. In order to overcome these environmental problems, this research has bee carried out to find a cement substitute material. One possible cement substitute material is Zeolite cement. In this study, the materialistic characteristics of Zeolite cement mortar were evaluated. Natural Zeolite cement mortar was prepared using alkali activation (NaOH) instead of water ($H_2O$) to determine achievable strength and appropriate mixing ratio. Based on the mixing ratio, functional material was added to alkali active agent to harden Zeolite mortar to develop a highly functional construction material. The study result showed that pure Zeolite cement mortar achieved compressive strength of 42 MPa in 7 days depending on the mixing amount of alkaline catalyst and the hardening temperature, showing high efficiency and possibility as a new construction material.
In this study, zeolite (Z-C2) was synthesized using a fusion/hydrothermal method on coal fly ash (FA) discharged from a thermal power plant in the Ulsan area and then analyzed via scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The Z-C2 was characterized in terms of mineralogical composition and morphological analysis. The XRD results showed that its peaks had the characteristics of Na-A zeolite in the range of $2{\theta}$ of 7.18~34.18. The SEM images confirmed that the Na-A zeolite crystals had a chamfered-edge crystal structure almost identical to that of the commercial zeolite. The adsorption kinetics of Cu, Co, Mn and Zn ions by Z-C2 were described better by the pseudo-second-order kinetic model more than by the pseudo-first-order kinetic model. The Langmuir model fitted the adsorption isotherm data better than the Freundlich model did. The maximum adsorption capacities of Cu, Co, Mn and Zn ions obtained from the Langmuir model were in the following order : Cu (94.7 mg/g) > Co (77.7 mg/g) > Mn (57.6 mg/g) > Zn (51.1 mg/g). These adsorption capacities are regarded as excellent compared to those of commercial zeolite.
1. Production of the artificial zeolite from coal ash Coal fly ash is mainly composed of several oxides including $SiO_2$ and $Al_2O_3$ derived from inorganic compounds remained after burning. As minor components, $Fe_2O_3$ and oxides of Mg, Ca, P, Ti (trace) are also contained in the ash. These components are presented as glass form resulting from fusion in the process of the combustion of coal. In other word, coal ash may refer to a kind of aluminosilicate glass that is known to easily change to zeolite-like materials by hydrothermal reaction. Lots of hot seawater is disposing near thermal power plants after cooling turbine generator periodically. Using seawater in the hydrothermal reaction caused to produce low price artificial zeolite by reduction of sodium hydroxide consumption, heating energy and water cost. As coal ash were reacted hydrothermally, peaks of quartz and mullite in the ash were weakened and disappeared, and new Na-Pl peaks were appeared strengthily. Si-O-Si bonding of the bituminous coal ash was changed to Si-O-Al (and $Fe^{3+}$) bonding by the reaction. Therefore the produced Na-Pl type zeolite had high CEC of 276.7 $cmol^+{\cdot}kg^{-1}$ and well developed molecular sieve structure with low concentration of heavy metals. 2. Utilization of the artificial zeolite in agro-environment The artificial zeolite(1g) could remove 123.5 mg of zinc, 164.7 mg copper, 184.4 mg cadmium and 350.6 mg lead in the synthetic wastewater. The removability is higher 2.8 times in zinc, 3.3 times in copper, 4.7 times in cadmium and 4.8 times in lead than natural zeolite and charcoal powder. When the heavy metals were treated at the ratio of 150 $kg{\cdot}ha^{-1}$ to the rice plant, various growth inhibition were observed; brownish discoloration and death of leaf sheath, growth inhibition in culm length, number of panicles and grains, grain ripening and rice yield. But these growth inhibition was greatly alleviated by the application of artificial zeolite, therefore, rice yield increased $1.1{\sim}3.2$ times according to the metal kind. In addition, the concentration of heavy metals in the brown rice also lowered by $27{\sim}75%$. Artificial Granular Zeolites (AGZ) was developed for the purification of wastewater. Canon exchange capacity was 126.8 $cmol^+{\cdot}kg^{-1}$. AGZ had Na-Pl peaks mainly with some minor $C_3S$ peaks in X-ray diffractogram. In addition, AGZs had various pore structure that may be adhere the suspended solid and offer microbiological niche to decompose organic pollutants. AGZ could remove ammonium, orthophosphate and heavy metals simultaneously. Mixing ratio of artificial zeolite in AGZs was related positively with removal efficiency of $NH_4\;^+$ and negatively with that of $PO_4\;^{3-}$. Root growth of rice seedling was inhibited severely in the mine wastewater because of strong acidity and high concentration of heavy metals. As AGZ(1 kg) stayed in the wastewater(100L) for 4days, water quality turned into safely for agricultural usage and rice seedlings grew normally.
The characteristics of ammonia-nitrogen (NH4+-N) adsorption by a zeolitic material synthesized from Jeju scoria using the fusion and hydrothermal method was studied. The synthetic zeolitic material (Z-SA) was identified as a Na-A zeolite by X-ray diffraction, X-ray fluorescence analysis and scanning electron microscopy images. The adsorption of NH4+-N using Jeju scoria and different types of zeolite such as the Z-SA, natural zeolite, and commercial pure zeolite (Na-A zeolite, Z-CS) was compared. The equilibrium of NH4+-N adsorption was reached within 30 min for Z-SA and Z-CS, and after 60 min for Jeju scoria and natural zeolite. The adsorption capacity of NH4+-N increased with approaching to neutral when pH was in the range of 3-7, but decreased above 7. The removal efficiency of NH4+-N increased with increasing Z-SA dosage, however, its adsorption capacity decreased. For initial NH4+-N concentrations of 10-200 mg/L at pH 7, the adsorption rate of NH4+-N was well described by the pseudo second-order kinetic model than the pseudo first-order kinetic model. The adsorption isotherm was well fitted by the Langmuir model. The maximum uptake of NH4+-N obtained from the Langmuir model decreased in the order of Z-CS (46.8 mg/g) > Z-SA (31.3 mg/g) > natural zeolite (5.6 mg/g) > Jeju scoria (0.2 mg/g).
Molecular dynamics (MD) calculations were carried out in order to investigate the effect of MD cell size to predict the melting phenomena of A-type zeolite. We studied two model systems: a pseudocell of $(T_2O_4Na)_n$, (L= 12.264 $^{\AA}$, N= 84) and a true-cell of (SiAlO$_4Na)_n$. (L= 24.528 $^{\AA}$, N= 672), where T is Si or Al. The radial and bond angle distribution functions of T(Si, Al)-O-T(Si, Al) and diffusion coefficients of T and O were reported at various temperatures. For the true-cell model, the melting temperature is below 1500 K and probably around 1000 K, which is about 600-700 K lower than the pseudocell model. Although it took more time (about 30 times longer) to obtain the molecular trajectories of the true-cell model than those of the pseudocell model, the true-cell model gave more realistic structural transition for the A-type zeolite, which agrees with experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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