Pembuatan Zeolit ​​X dengan Residu Aluminium Dari Abu Terbang Batubara Untuk Adsorpsi Senyawa Organik Volatil

Pembuatan Zeolit ​​X dengan Residu Aluminium Dari Abu Layang Batubara Untuk Adsorpsi Senyawa Organik Volatil

Zeolit - Di Cina, abu layang batubara adalah limbah padat skala besar yang dihasilkan oleh pembangkit listrik. Pemanfaatan fly ash batubara yang bernilai tinggi selalu menjadi isu penelitian yang hangat di China selama beberapa tahun ini. Dalam makalah ini, sintesis zeolit ​​X menggunakan residu aluminium dari fly ash batubara tidak hanya dapat mewujudkan pemanfaatan sumber daya limbah, tetapi juga mencapai efek penghematan energi dan pengurangan emisi. Zeolit ​​X yang dibuat dengan metode sintesis hidrotermal telah ditemukan memiliki kemurnian yang lebih tinggi dan kristalinitas yang lebih baik dengan analisis komposisi kimia. Dengan membandingkan dan menganalisis kinerja adsorpsi zeolit ​​X dan karbon aktif pada senyawa organik volatil, ditemukan bahwa kapasitas adsorpsi zeolit ​​X lebih tinggi daripada karbon aktif, dan memiliki stabilitas yang lebih kuat. Hal ini menunjukkan bahwa zeolit ​​X yang disintesis dengan metode ramah lingkungan dan ekonomis ini memiliki prospek aplikasi yang baik dalam mengadsorbsi senyawa organik volatil.

Menurut definisi Organisasi Kesehatan Dunia, senyawa organik volatil (VOC) biasanya mengacu pada senyawa organik yang memiliki titik didih dalam kisaran 50~260 °C (Kuo et al., 2014). VOC tersebar luas di udara, air, tanah dan media lingkungan lainnya dan memiliki sifat toksisitas biologis berisiko tinggi, yang menimbulkan ancaman signifikan bagi kesehatan manusia (Ramos et al., 2010). VOC adalah polutan atmosfer yang penting, yang merupakan prekursor dan peserta PM2.5 yang tidak hanya dapat bereaksi dengan nitrogen oksida untuk membentuk asap fotokimia, tetapi juga bereaksi dengan hidroksil dan oksidan kuat lainnya di atmosfer untuk membentuk aerosol organik sekunder (Wei et al. , 2014a). Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai efek lingkungan pada atmosfer regional disebabkan oleh VOC, yang telah menjadi salah satu masalah utama bagi kelangsungan hidup dan perkembangan manusia (Wei et al., 2014b).

Metode adsorpsi banyak digunakan dalam pemurnian gas dan memiliki keunggulan proses yang matang, operasi yang sederhana, efisiensi pemurnian yang tinggi dan konsumsi energi yang rendah dibandingkan dengan metode lainnya (Rioland et al., 2017). Oleh karena itu, metode adsorpsi sering digunakan untuk menangani gas organik industri dengan volume udara tinggi dan konsentrasi rendah. Pemilihan adsorben merupakan kunci pemurnian VOC dengan cara adsorpsi (Son et al., 2016). Adsorben yang ideal harus dicirikan oleh luas permukaan spesifik yang besar, kapasitas adsorpsi yang tinggi, adsorpsi reversibel, hidrofobisitas yang kuat, stabilitas termal yang tinggi dan regenerasi yang mudah (Long et al., 2011). Saat ini, karbon aktif banyak digunakan sebagai adsorben dalam pemurnian gas. Meskipun kapasitas adsorpsi karbon aktif kuat, ada yang mudah terbakar dan hidrofilik dalam proses adsorpsi yang sulit untuk menyerap gas organik industri yang kompleks dan berubah-ubah. Pena dkk. mempelajari kinerja karbon aktif dalam adsorpsi VOC dan menemukan bahwa karbon aktif memiliki masalah seperti stabilitas yang buruk dan penyumbatan pori, yang sangat menghambat adsorpsi VOC (Chiang et al., 2001).

Zeolit ​​​​X adalah sejenis bahan nanokristalin dengan struktur kerangka, yang memiliki luas permukaan spesifik dan volume pori yang besar karena struktur kristalnya yang khusus dan saluran pori yang seragam. Oleh karena itu, zeolit ​​X dicirikan oleh kemampuan adsorpsi dan seleksi yang kuat untuk VOC. Selain itu, zeolit ​​X menunjukkan stabilitas hidrofobik dan hidrotermal yang sangat baik, yang secara efektif mengurangi adsorpsi kompetitif molekul air, sehingga zeolit ​​X banyak digunakan untuk mengadsorpsi VOC (Ling et al., 2016; Brihi et al., 2018). Namun, cadangan zeolit ​​X langka di alam dan kinerja adsorpsi biasanya tidak dapat memenuhi persyaratan aplikasi industri. Zeolit ​​X umumnya disintesis oleh aluminium hidroksida, natrium silikat dan natrium aluminat dalam produksi industri, yang mengkonsumsi banyak energi dan dapat menyebabkan polusi sekunder yang parah. Abu layang batubara mengandung berbagai elemen berharga seperti silikon dan aluminium yang diperlukan untuk pembuatan zeolit ​​X. Saat ini, penggunaan abu layang batubara untuk mensintesis zeolit ​​X telah menarik perhatian luas dari banyak ahli dan telah menunjukkan aplikasi yang bagus di bidang pemurnian gas dan pengolahan limbah.

Zhang dkk. menggunakan konsentrasi yang berbeda dari larutan hidroklorida dan natrium hidroksida untuk memodifikasi fly ash batubara untuk mempersiapkan zeolit. Ia menemukan bahwa kapasitas adsorpsi benzena zeolit ​​​​dapat mencapai 151 mg/g, yang sangat dekat atau bahkan melebihi karbon aktif komersial (Zhang et al., 2012). Meskipun banyak ahli telah melakukan penelitian mendalam tentang sintesis zeolit ​​​​menggunakan abu terbang batubara, zeolit ​​​​X yang disiapkan menunjukkan kinerja adsorpsi yang sangat baik dan memenuhi persyaratan aplikasi industri. Namun, sejumlah besar residu sulit untuk didaur ulang dan berbagai sumber daya mineral yang terkandung dalam fly ash batubara tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya dalam proses preparasi. Penelitian ini berbeda dengan penelitian lainnya yaitu zeolit ​​X diperoleh dari residu aluminium. Jadi residu aluminium diberdayakan dan efisiensi pemanfaatan abu terbang batubara secara komprehensif ditingkatkan. Tidak hanya menghemat banyak bahan baku kimia, tetapi juga biaya persiapan (Brunchi et al., 2012; Zhang et al., 2012; Huang et al., 2014; Yuan et al., 2015; Rioland et al., 2017 ).

Pembuatan Zeolit ​​X

Fly ash batubara yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari pembangkit listrik tenaga listrik di Mongolia Dalam, Cina. Hidroklorida pekat dan natrium hidroksida dibeli dari Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Fly ash batubara dikeringkan pada 150 ° C selama 12 jam sebelum percobaan dan kemudian dilindi dengan hidroklorida untuk membentuk aluminium klorida. Residu aluminium yang tersisa sebagian besar merupakan mineral anorganik non-logam. Residu aluminium dapat digunakan sebagai bahan aluminosilikat berkualitas tinggi karena ukuran partikelnya yang kecil dan aktivitasnya yang tinggi.

Metode sintesis hidrotermal dengan kondisi reaksi ringan digunakan untuk mensintesis zeolit ​​X. Komponen kimia utama zeolit ​​X berasal dari larutan kaya aluminium dan larutan kaya silikon dalam proses sintesis. Solusi kaya aluminium diambil dari filtrat selama proses ekstraksi aluminium. Larutan kaya silikon diperoleh dengan penyaringan dan alkalinitas larutan kaya silikon diatur dengan memasukkan volume karbon dioksida yang berbeda. Residu aluminium, natrium hidroksida dan air diaduk dan dicampur dengan perbandingan massa 100:60:400 untuk mendapatkan larutan induk agar-agar. Campuran ditempatkan dalam bejana dan reaksi hidrotermal dilakukan pada suhu 95°C selama 20 jam. Produk reaksi disaring dan dicuci sampai pH cairan pencuci 7. Produk zeolit ​​X diperoleh setelah pengeringan Instrumen utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah bejana hidrotermal 2L dan tangki sirkulasi suhu konstan CS501.

Fly ash batubara dan residu aluminium kaya akan silikon dan aluminium. Kandungan total silika dan alumina masing-masing adalah 89,4 dan 92,1% (Tabel 1). Dari pola difraksi XRD residu aluminium diketahui bahwa sebagian besar residu aluminium merupakan material fasa amorf. Pola XRD menunjukkan bahwa puncak yang jelas adalah antara 20 dan 30°. Fase utamanya adalah silika amorf, mullite dan kuarsa. Selain itu, terdapat sejumlah kecil mineral titanium dioksida dan beberapa residu karbon yang tidak terbakar.

Dapat dilihat bahwa reaksi residu aluminium dan alkali berlangsung sangat cepat. Konsentrasi silikon dioksida secara substansial stabil pada maksimum ketika reaksi berlangsung selama 30 menit. Setelah itu, konsentrasi silika sedikit berubah seiring dengan bertambahnya waktu reaksi. Oleh karena itu, waktu reaksi optimum untuk desilikonisasi residu aluminium yang dicuci dengan alkali adalah 30 menit dan konsentrasi silikon dioksida dalam larutan kaya silikon adalah antara 120 dan 125 g•L-1.

Karakterisasi

Analisis fasa zeolit ​​X dilakukan pada difraksi sinar-X (XRD) Rigaku RINT-2000 dengan tegangan operasi 40 kV, arus listrik 100 mA, kecepatan pemindaian 0,02°/s dan rentang pemindaian 5~ 80 °. Struktur mikro diamati dengan mikroskop elektron pemindaian (SEM) NOVA SEM 450 dengan tegangan operasi 5,0 kV. Luas permukaan spesifik dan volume pori zeolit ​​X hasil sintesis dikarakterisasi dengan metode adsorpsi-desorpsi N2 suhu rendah menggunakan adsorber tipe Micrometrics ASAP2020C. Perlakuan awal dilakukan sebelum pengukuran adsorpsi dan sampel didesorbsi pada suhu 250 °C selama lebih dari 2 jam. Luas permukaan spesifik sampel dihitung dengan metode BET. Volume pori dihitung sebagai jumlah adsorpsi ketika adsorbat berada pada tekanan relatif P/P0 sebesar 0,99. Distribusi ukuran pori diukur dengan metode BJH dan berdasarkan cabang desorpsi dari isoterm adsorpsi-desorpsi.

Eksperimen Adsorpsi VOC

Perangkat percobaan terdiri dari sistem distribusi gas, sistem adsorpsi dan sistem deteksi. Sistem distribusi gas menggunakan nitrogen sebagai gas pembawa. Satu bagian dari nitrogen masuk ke kamar gas melalui jarum suntik untuk membawa VOC uap dan bagian lainnya bertindak sebagai gas pengencer. Aliran gas diatur oleh meter aliran massa. Konsentrasi VOC dikendalikan dengan mengatur aliran nitrogen di kedua bagian. 

Tabung berbentuk U digunakan sebagai adsorben bed. Zeolit ​​X didesorbsi oleh nitrogen selama 3 jam untuk menghilangkan uap air dan sejumlah kecil senyawa organik pada suhu 400 °C. Zeolit ​​X dibentuk menjadi butiran 20~30 mesh setelah penyaringan dan kemudian sepuluh gram sampel dimasukkan ke dalam unggun adsorpsi. Panna A91Gas Chromatography—Spektrometer Massa (GC-MS) digunakan untuk menganalisis VOC. Kolom instrumen adalah HP-5 MS dan diprogram untuk menaikkan suhu. Suhu awal 50 °C dipertahankan selama 1 menit dan kemudian dinaikkan menjadi 170 °C pada laju pemanasan 15 °C▪min-1. Temperatur front inlet dan gasification chamber masing-masing adalah 170 dan 280 °C. Helium digunakan sebagai gas pembawa pada laju alir 1 mL▪min−1. Sumber ionisasi elektron EI adalah 70 eV dan suhu sumber ion adalah 230 °C

Kesimpulan

Pemanfaatan abu layang batubara secara komprehensif tidak hanya dapat mengembangkan ekonomi sirkular, tetapi juga menghasilkan manfaat lingkungan dan sosial yang sangat besar. Saat ini, ekonomi China berkembang dengan kecepatan tinggi dan permintaan akan sumber daya juga meningkat. Penyempurnaan dan pemanfaatan komprehensif sumber daya abu layang batubara yang bernilai tambah tinggi harus menjadi prospek di masa depan dan merupakan cara penting untuk mencapai strategi pembangunan berkelanjutan di Cina. Studi ini dapat membawa pendekatan baru dan alternatif untuk daur ulang abu layang batubara. Dengan menganalisis fasa kimia, struktur mikro dan kinerja adsorpsi VOC zeolit ​​X dan karbon aktif, diperoleh:

(a) Studi telah membuktikan bahwa preparasi zeolit ​​X dengan residu aluminium dari abu layang batubara layak dilakukan. Tidak perlu menambahkan sumber silikon atau aluminium selama proses sintesis. Ini secara efektif meningkatkan efisiensi pemanfaatan abu terbang batubara secara komprehensif dan memperkaya kategori produk.

(b) Zeolit ​​X yang disiapkan memiliki kemurnian dan kristalinitas tinggi melalui analisis fase kimia. Bentuk kristal terutama struktur oktahedral dan distribusi ukuran partikel pada dasarnya seragam. Analisis struktur dan mikrostruktur spesifik zeolit ​​X. Hasil penelitian menunjukkan bahwa luas permukaan spesifik BET adalah 990,3 m2/g dan diameter pori 1,6 nm.

(c) Melalui percobaan adsorpsi VOC, diketahui bahwa kapasitas adsorpsi VOC melebihi karbon aktif. Kapasitas adsorpsi sikloheksana pada zeolit ​​X lebih tinggi dibandingkan pada benzena dan isopropanol. Pembuatan zeolit ​​X dengan residu aluminium dari abu layang batubara untuk adsorpsi VOC sesuai dengan konsep perlindungan lingkungan “mengolah limbah dengan limbah”. Efek hemat energi dan perlindungan lingkungan jelas dan memiliki potensi aplikasi yang kuat.

LAYANAN ADY WATER

Jual zeolit untuk filter air jenis Batu, Pasir, dan Tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram. Sudah suplai zeolit ke industri Food and Beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Ready Stock, kemampuan suplai hingga puluhan ton rutin per bulan

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater