Μελέτη και διερεύνηση μεθοδολογίας επικάλυψης λιγνιτικής τέφρας με οξείδιο του τιτανίου

Abstract

Στόχος της μελέτης αυτής είναι η συμβολή στην αξιοποίηση της λιγνιτικής τέφρας, παραπροϊόν των εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία προκύπτει σε σημαντικές ποσότητες και το μεγαλύτερο ποσοστό της (10% χρήση στον τομέα των δομικών υλικών) συνήθως αποτίθεται στις γύρω από τα εργοστάσια περιοχές. Στην προσπάθεια αυτή επιχειρήθηκε η επικάλυψη της λιγνιτικής τέφρας με έναν ημιαγωγό, το TiO2, με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός φωτοκαταλυτικού υλικού. Για την επικάλυψη Ελληνικών Λιγνικών Τεφρών με TiO2, χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία της υδρόλυσης του TiCl4 και της καταβύθισης, των οποίων πλεονέκτημα είναι η απλότητα και η οικονομικότητα. Ακόμη ένας λόγος που επιλέχθηκε αυτή η διαδικασία είναι ότι σκοπός ήταν η μερική επικάλυψη της επιφάνειας της τέφρας, ούτως ώστε να γίνει εκμετάλλευση και των ιδιοτήτων της τέφρας στην απορρύπανση υγρών αποβλήτων. Η πειραματική διαδικασία περιελάμβανε: i) την ανάμιξη των πρώτων υλών (ιπτάμενης και υγρής τέφρας) και των διαλυμάτων του ΗCl, του TiCl4 και του NH4HCO3 ii) τη διήθηση και την ξήρανση των ιζημάτων τους και την πυροσυσσωμάτωση τους για 2 ώρες στους 300 και τους 700οC και iii) μελέτη της δομής των τελικών προϊόντων με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), στοιχειακή ανάλυση (EDX) και θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TG). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας η παρουσία του CaOf των τεφρών επηρεάζει την ποσοτική επικάλυψη της επιφανείας των τεφρών με TiO2 καθόσον αντιδρά δίδοντας την κρυσταλλική φάση του περοβσκίτη. Χαρακτηριστικό που παρατηρήθηκε αλλά αναφέρεται και στη βιβλιογραφία είναι ότι οι προσμείξεις των τεφρών εμποδίζουν σε υψηλές θερμοκρασίες την μετατροπή του ανατάση σε ρουτίλιο, γεγονός που ευνοεί το φαινόμενo της φωτοκατάλυσης. Η Ι.Τ. Αγ. Δημητρίου, παρά τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε CaOf, δείχνει να υπερισχύει αυτής της Μεγαλόπολης λόγω της αρκετά έντονης παρουσίας αιματίτη, παρόλο που η τελευταία παρουσιάζει καλύτερη επικάλυψη οφειλόμενη στο μεγάλο ποσοστό κενοσφαιρών.

The purpose of this study is to use coal ash, a by-product come up in thermal power plants, in important quantities and usually stored around the factory region (only 10% is used in the construction sector). In this effort, coal ash was coated with TiO2, resulting in the production of a photocatalytic material. Coal ash can be used as catalyst support due to the increased thermal stability of aluminosilicate compounds, while the TiO2 presents many advantages compared to the other semiconductors. The methods of TiCl4 hydrolysis and precipitation were used in order to succeed TiO2 coating on greek coal ash. Their advantage is simplicity, cost effectiveness and easy application. The experimental process included: i) mixing the raw materials (fly and bottom ash) with solutions of ΗCl, TiCl4 and NH4HCO3 ii) filtering and their dried sediment sintered for 2 hours at 300 and 700oC iii) study of the structure of the products with X-Ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy, Energy-dispersive X-ray spectroscopy and finally study of their thermal behaviour by Thermogravimetric Analysis.

As reference procedure, the same experiment was repeated without the addition of TiCl4 solution, in order to determine the percentage of TiO2 loaded on coal ash. In case of bottom ash of Agios Dimitrios and Megalopolis, the experiment was repeated with pre-drying the samples at 100oC for 24h, to explore whether their moisture content affects the study results. The presence in lignite ash of CaOf affects the quantity of coating by appearing with the form of perovskite. Ιmpurities in the ash inhibit the conversion of anatase to rutile at high temperatures, which favors the phenomenon of photocatalysis. Due to the presence of hematite, the sample of fly ash Agios Dimitrios prevails that of Megalopolis, despite its high cenospheres content.