Рациональное использование отходов производства и предотвращение ущерба окружающей среде в результате деятельности промышленных предприятий тесно взаимосвязаны и актуальны в современном мире. Настоящее исследование ориентировано на получение цеолитных адсорбентов на основе отходов нефтегазоперерабатывающей промышленности и энергетического сектора Республики Узбекистан, а также местного минерального сырья – для последующего их применения при решении экологических задач. Методами термографии, дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии изучено потенциальное сырье: цеолиты, дезактивированные в процессе очистки и осушки природного газа, образцы летучей золы – побочного продукта от выработки энергии при сжигании бурого угля, отходы от переработки использованного алюмооксидного адсорбента и обогащённый ангренский каолин. С учётом высокой термостабильности, химического и фазового состава угольных отходов, преобразование летучей золы в цеолитные структуры осуществляли только предварительным сплавлением со смесью гидроксида и карбоната натрия. Адсорбенты на основе каолина, полученные методом щелочного сплавления, содержали меньшее количество балластного кварца, но больше – гидроксисодалита, по сравнению с кристаллизацией цеолита в гранулах без связующего вещества. Экспериментально доказано формирование многофазных адсорбентов, включая метастабильные цеолиты типа NaA и NaX, а также стабильный цеолит NaР и гидроксисодалита. Приведены результаты адсорбции токсичных органических и неорганических летучих соединений из газовой фазы. Изучены ионообменные свойства на примере извлечения катионов Са2+ и типичных катионных красителей из модельных растворов СаCl2 , кристаллического фиолетового и бриллиантового зелёного.
Рациональное использование отходов производства и предотвращение ущерба окружающей среде в результате деятельности промышленных предприятий тесно взаимосвязаны и актуальны в современном мире. Настоящее исследование ориентировано на получение цеолитных адсорбентов на основе отходов нефтегазоперерабатывающей промышленности и энергетического сектора Республики Узбекистан, а также местного минерального сырья – для последующего их применения при решении экологических задач. Методами термографии, дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии изучено потенциальное сырье: цеолиты, дезактивированные в процессе очистки и осушки природного газа, образцы летучей золы – побочного продукта от выработки энергии при сжигании бурого угля, отходы от переработки использованного алюмооксидного адсорбента и обогащённый ангренский каолин. С учётом высокой термостабильности, химического и фазового состава угольных отходов, преобразование летучей золы в цеолитные структуры осуществляли только предварительным сплавлением со смесью гидроксида и карбоната натрия. Адсорбенты на основе каолина, полученные методом щелочного сплавления, содержали меньшее количество балластного кварца, но больше – гидроксисодалита, по сравнению с кристаллизацией цеолита в гранулах без связующего вещества. Экспериментально доказано формирование многофазных адсорбентов, включая метастабильные цеолиты типа NaA и NaX, а также стабильный цеолит NaР и гидроксисодалита. Приведены результаты адсорбции токсичных органических и неорганических летучих соединений из газовой фазы. Изучены ионообменные свойства на примере извлечения катионов Са2+ и типичных катионных красителей из модельных растворов СаCl2 , кристаллического фиолетового и бриллиантового зелёного.
Саноат чиқиндиларидан оқилона фойдаланиш ва саноат корхоналари фаолияти натижасида атроф-муҳитга зарар етказилишининг олдини олиш замонавий дунёда бир-бири билан чамбарчас боғлиқ ва долзарб масаладир. Ушбу тадқиқот Ўзбекистон Республикасининг нефть ва газни қайта ишлаш саноати ҳамда энергетика тармоғи чиқиндилари асосида кейинчалик экологик муаммоларни ҳал қилишда фойдаланиш учун маҳаллий минерал хомашёдан цеолит адсорбентлари олишга қаратилган. Потенциал хомашё термография, дифрактометрия ва сканерлаш электрон микроскопия ёрдамида ўрганилди: табиий газни тозалаш ва қуритиш жараёнида нофаол цеолитлар, учувчи кул намуналари – қўнғир кўмирни ёқиш орқали энергия ишлаб чиқаришнинг қўшимча маҳсулоти, ишлатилган алюминий оксид адсорбентини қайта ишлаш чиқиндилари ҳамда Ангрен бойитилган каолини. Кўмир чиқиндиларининг юқори иссиқлик барқарорлиги, кимёвий ва фазавий таркибини ҳисобга олган ҳолда, учувчи кулни цеолит тузилмаларига айлантириш фақат натрий гидроксид ва натрий карбонат аралашмаси билан дастлабки синтез орқали амалга оширилди. Ишқорий синтез натижасида олинган каолин асосидаги адсорбентлар таркибида цеолит бириктирувчисиз гранулаларда кристалланганидан кўра камроқ балласт кварц, лекин кўпроқ гидроксисодалит мавжуд эди. Кўп фазали адсорбентлар, жумладан, NaA ва NaX каби метастабил цеолитлар, шунингдек, барқарор NaP ва гидроксисодалит цеолитларнинг ҳосил бўлиши тажрибада исботланган. Газ фазасидан заҳарли органик ва ноорганик учувчи бирикмаларнинг адсорбцияси натижалари келтирилган. Ион алмашиниш хоссалари CaCl2 , кристалли бинафша ва бриллиант яшилининг намунавий эритмаларидан Cа2+ катионлари ва типик катионли бўёқлар олиш мисолида ўрганилди.
Efficient use of industrial waste and prevention of environmental damage caused by industrial enterprises are closely connected and relevant issues in the modern world. This research is focused on obtaining zeolite adsorbents based on wastes from the oil and gas refining industry and the energy sector of the Republic of Uzbekistan, as well as on local mineral raw materials for subsequent use in addressing environmental issues. Potential raw materials - zeolites deactivated through purification and drying of natural gas, samples of fly ash - the side-product from energy production by burning the brown coal, wastes from processing of used alumina adsorbent and enriched Angren kaolin – have been studied by means of thermography, diffractometry and scanning electron microscopy. Taking into account high thermal stability, chemical and phase composition of coal wastes, conversion of the fly ash into zeolite structures was made only by preliminary fusion with a mixture of sodium hydroxide and sodium carbonate. Kaolin-based adsorbents resulted from alkaline fusion contained less ballast quartz, but more hydroxysodalite than when zeolite crystallized in granules without a binder. Forming of multiphase adsorbents, including metastable zeolites such as NaA and NaX, as well as stable NaP and hydroxysodalite zeolites, has been experimentally proven. Outcomes from adsorption of toxic organic and inorganic volatile compounds from the gas phase have been presented. Ion exchange properties were studied on the extraction of Ca2+ cations and typical cationic dyes from model solutions of CaCl2 , crystal violet and brilliant green.
| № | Имя автора | Должность | Наименование организации |
|---|---|---|---|
| 1 | Turdiyeva D.P. | tayanch doktorant (PhD); kichik ilmiy xodim | O‘zbekiston kimyofarmatsevtika ilmiytadqiqot instituti |
| 2 | Isayeva N.F. | texnika fanlari bo‘yicha falsafa doktori (PhD), doktorant (DSc) | Toshkent kimyotexnologiya ilmiytadqiqot instituti |
| 3 | Yalgashev E.Y. | tayanch doktorant (PhD), katta ilmiy xodim | Toshkent kimyotexnologiya instituti |
| 4 | Boymonov R.M. | "Neft-gaz sanoati mashina va jihozlari va quvur transport tizimlari" kafedrasi katta o‘qituvchisi | Mirzo Ulug‘bek nomidagi O‘zbekiston Milliy universiteti |
| 5 | Mirzayeva Y.I. | "Matematika va tabiiy fanlar" kafedrasi dotsenti | Islom Karimov nomidagi Toshkent davlat texnika universiteti "MISiS" Milliy tadqiqot instituti Olmaliq filiali |
| № | Название ссылки |
|---|---|
| 1 | Amodu, O. S., et al. (2015). Rapid Adsorption of Crystal Violet onto Magnetic Zeolite Synthesized from Fly Ash and Magnetite Nanoparticles. Journal of Encapsulation and Adsorption Sciences,5, 191– 203. https://doi.org/10.4236/jeas. 2015.54016 |
| 2 | Astuti, W., et al. (2019). Methyl violet dye removal using coal fly ash (CFA) as a dual sites adsorbent. Journal of Environmental Chemical Engineering. https://doi.org/10.1016/j. jece.2019.103262 |
| 3 | Belviso, С., et al. (2018). Influence of Synthesis Method on LTA Time-Dependent Stability. Molecules, 23. https://doi.org/10.3390/molecules23092122 |
| 4 | Bessa, R.A., et al. (2017). Kaolin-based magnetic zeolites A and P as water softeners. Microporous and Mesoporous Materials, 245, 64–72. |
| 5 | Borda, J., et al. (2022). Aqueous Recovery of Zinc and Lead from Coal Fly Ashes of a Colombian Thermoelectric Plant. Ingeniería e Investigación, 43 (1), e95364. https://doi.org/10.15446/ing. investig.95364 |
| 6 | Bukhari, S.S., et al. (2016). Effect of ultrasound energy on the zeolitization of chemical extracts from fused coal fly ash. Ultrasonics Sonochemistry, 28, 47–53. https://dx.doi.org/10.1016/j. ultsonch.2015.06.031 |
| 7 | Cazzolla, G. (2021). Why We Will Continue to Lose Our Battle with Cancers if we do not stop their Triggers from Environmental Pollution. Int. J. Environ. Res. Public Health, 18, 6107. https://doi. org/10.3390/ijerph18116107 |
| 8 | Collins, F. et al. (2020). A critical review of waste resources, synthesis, and applications for Zeolite LTA. Microporous and Mesoporous Materials. https://doi.org/10.1016/j. micromeso.2019.109667 |
| 9 | Crovella, T., & Paiano, A. (2023). Assessing the Sustainability of Photodegradation and Photocatalysis for Wastewater Reuse in an Agricultural Resilience Context. Water, 15. https://doi. org/10.3390/w15152758 |
| 10 | Dindi, A., et al. (2019). Applications of fly ash for CO2 capture, utilization, and storage. Journal of CO2 Utilization, 29, 82–102. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.11.011 |
| 11 | Fayzullaev, N. I., et al. (2021). Synthesis оf High Silicon Zeolites From Kaolin And Bentonite. The American Journal of Interdisciplinary Innovations and Research, 30–36. https://doi. org/10.37547/tajiir |
| 12 | Feng, W., et al. (2018). Synthesis of high quality zeolites from coal fly ash: Mobility of hazardous elements and environmental applications. J. Cleaner Prod., 8, 390–400. https://doi.org/10.1016/j. jclepro.2018.08.140 |
| 13 | Goswami, R., & Dey, A. K. (2022). Use of Anionic Surfactant-Modified Activated Carbon for Efficient Adsorptive Removal of Crystal Violet Dye. Adsorption Science & Technology. https://doi. org/10.1155/2022/2357242 |
| 14 | Izidoro, J. С., et al. (2012). Characteristics of Brazilian coal fly ashes and their synthesized zeolites. Fuel Processing Technology, 38–44. https://www.researchgate.net/publication/279680383 |
| 15 | Khuzhakulov, N. B., et al. (2021). Izmeneniye osnovnykh svoystva angrenskogo burogo uglya pri piroliznoy obrabotke [Changes in the basic properties of Angren brown coal during pyrolysis treatment]. (In Russian). Journal of advances in engineering technology. Metallurgy and Mineral Processing, 1 (3), 21–26. https://doi.org/10.24412/2181-1431-2021-1-21-26 |
| 16 | Kunecki, P., et al. (2021). Influence of the fly ash fraction after grinding process on the hydrothermal synthesis efficiency of Na-A, Na-P1, Na-X and sodalite zeolite types. Int J Coal Sci Technol, 291–311. https://doi.org/10.1007/s40789-020-00332-1 |
| 17 | Kuroki, S., et al. (2019). Selective synthesis of zeolites A and X from two industrial wastes: Crushed stone powder and aluminum ash. Journal of Environmental Management, 231, 749–756. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.10.082 |
| 18 | Lee, Y-R., et al. (2017). Synthesis of Nanoporous Materials via Recycling Coal Fly Ash and Other Solid Wastes: A Mini Review. Chemical Engineering Journal, 2. http://dx.doi.org/10.1016/j. cej.2017.02.124 |
| 19 | Ling, Z., et al. (2016). Adsorptive and catalytic properties in the removal of volatile organic compounds over zeolite-based materials. Chinese Journal of Catalysis, 37, 800–809. https://doi. org/10.1016/S1872-2067(15)61073-7 |
| 20 | Ma, Н. Q. Y. (2010). Synthesis of Zeolite of Type A from Bentonite by Alkali Fusion Activation Using Na2 CO3 . Industrial & Engineering Chemistry Research, 49 (2), 454–458. https://doi.org/10.1021/ ie901205y |
| 21 | Mahmoodi, N.M., et al. (2018). Mesoporous activated carbons of low-cost agricultural biowastes with high adsorption capacity: preparation and artificial neural network modeling of dye removal from single and multicomponent (binary and ternary) systems. Journal of Molecular Liquids, 269, 217–228. |
| 22 | Mallapur,V. P., & Oubagaranadin, J. K. (2017). A Brief Review on the Synthesis of Zeolites from Hazardous Wastes. Trans. Ind. Ceram. Soc., 1–13. https://dx.doi.org/10.1080/037175 0X.2017.1231086 |
| 23 | Novembre, D., et al. (2021). Synthesis and characterization of Na-P1 (GIS) zeolite using a kaolinitic rock. Science Rep., 11, 4872. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84383-7 |
| 24 | Pavlov, M. L., et al. (2011). Granulirovannyye tseolity bez svyazuyushchikh veshchestv-sintez i svoystva [Granular zeolites without binders - synthesis and properties]. (In Russian). Catalysis in Industry, 4, 42–51. |
| 25 | Ren, X. Q. (2020). Synthesis of Zeolites from Coal Fly Ash for Removal of Harmful Gaseous Pollutants: A Review. Aerosol and Air Qual. Res., 20, 1127–1144. https://doi.org/10.4209/ aaqr.2019.12.0651 |
| 26 | Sayidov, U. Kh., et al. (2018). Osobennosti tseolitnykh adsorbentov, poluchennykh na osnove angrenskikh kaolinov [Features of zeolite adsorbents obtained on the basis of Angren kaolins]. (In Russian). Chemical Industry, 1, 109–114. |
| 27 | Shabani, J. M., et al. (2019). Synthesis of Hydroxy Sodalite from Coal Fly Ash for Biodiesel Production from Waste-Derived Maggot Oil. Catalysts., 9. https://doi.org/10.3390/catal9121052 |
| 28 | Solayman, H. M., et al. (2023). Performance evaluation of dye wastewater treatment technologies: A Review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 11. https://doi.org/10.1016/j. jece.2023.109610 |
| 29 | Srilai, S., et al. (2019). Synthesis of Zeolite X from Bentonite via Hydrothermal Method. Materials Science Forum. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.990.144 |
| 30 | Tagayev, I. A., et al. (2018). Teoreticheskiye i prakticheskiye aspekty izucheniya angrenskogo burogo uglya kak vozmozhnogo materiala dlya polucheniya sorbentov [Theoretical and practical aspects of studying Angren brown coal as a possible material for the production of sorbents]. (In Russian). Young Scientist, 23 (209), 13–18. https://www.researchgate.net/publication/343904957 |
| 31 | Tauanov, Zh., et al. (2022). A mini-review on coal fly ash properties, utilization and synthesis of zeolites. International Journal of Coal Preparation and Utilization. https://doi.org/10.1080/19392699. 2020.1788545 |
| 32 | Tayraukham, P., et al. (2020). Synthesis of Pure Phase NaP2 Zeolite from the Gel of NaY by Conventional and Microwave-Assisted Hydrothermal Methods. Crystals, 10, 951. https://doi. org/10.3390/cryst10100951 |
| 33 | Wajima, T. (2017). Alkali Fusion Synthesis of Zeolitic Materials from Waste Dehydrated Cake Discharged from Recycling of Construction Waste Soil. Natural Resources, 8, 300–305. https://doi. org/10.4236/nr.2017.84018 |
| 34 | Yang, L., et al. (2019). Green synthesis of zeolite 4A using fly ash fused with synergism of NaOH and Na2 CO3 . Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.11.259 |
| 35 | Zhang, S., et al. (2019). Emissions Characteristics of Hazardous Air Pollutants from the Incineration of Sacrificial Offerings. Atmosphere, 10 (6), 332. https://doi.org/10.3390/atmos10060332 |
| 36 | Zhang, К., et al. (2021). Synthesis of zeolite from fly ash and its adsorption of phosphorus in wastewater. Green Processing and Synthesis, 10, 349–360. https://doi.org/10.1515/gps-2021-0032 |