ゼオライト廃棄物のアルカリ活性化バイオマスボトムアッシュ混合物への利用

Utilization of ZeoliticWaste in Alkali-Activated Biomass Bottom Ash Blends.

• Danutė Vaičiukynienė
• Dalia Nizevičienė
• Agnė Mikelionienė
• Algirdas Radzevičius

抄録

本研究では、アンモニウム含有ゼオライト廃棄物(FCC)がアルカリ活性化バイオマスボトムアッシュ(BBA)に及ぼす影響を調査することを目的としている。FCCは石油プラントの石油分解工程で得られるものである。本研究では、バイオマスボトムアッシュとアンモニウム含有ゼオライト廃棄物の2種類の生産廃棄物を使用した。これらの二元アルカリ活性FCC/BBAブレンドをX線回折(XRD)、フーリエ変換赤外(FTIR)、走査型電子顕微鏡(SEM)法を用いて調べた。硬化したサンプルの圧縮強度を評価した。その結果、アルカリ活性化BBAバイオマスボトムアッシュを用いた試料は圧縮強度が低く(8.5MPa)、これはBBAの反応性が低いことと、ケイ素とアルミニウム化合物の量が不足しているためと説明できることがわかった。BBAの反応性は、アルミノ珪酸塩材料としてゼオライト廃棄物を用いることで改善された。このゼオライト廃棄物は最初にアンモニウム吸着に使用され、その後、アルカリ活性化試料に組み込まれた。珪酸カルシウム水和物、珪酸カルシウムアルミニウム水和物、珪酸カルシウムアルミニウム水和物、珪酸カルシウムナトリウムアルミニウム水和物などの水和生成物が追加で生成した。ゼオライト廃棄物中で変動するケイ素及びアルミニウム化合物は、アルカリ活性化バインダー系の鉱物組成及び微細構造を変化させた。また、ゼオライト廃棄物に含まれるNHClは、アルカリ活性化BBA試料の圧縮強度に悪影響を及ぼさないことがわかった。本研究は、アルカリ活性化バインダーを製造することにより、廃棄物の再利用が可能であることを証明するものである。

This study aims to investigate the effects of ammonium-bearing zeolitic waste (FCC) on alkali-activated biomass bottom ash (BBA). FCC was obtained from the oil-cracking process in petroleum plants. In this study, two types of production waste were used: biomass bottom ash and ammonium-bearing zeolitic waste. These binary alkali-activated FCC/BBA blends were investigated using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) methods. The compressive strength of the hardened samples was evaluated. The results show that the samples made from alkali-activated BBA biomass bottom ash had low (8.5 MPa) compressive strength, which could be explained with low reactive BBA and insufficient quantities of silicon and aluminum compounds. The reactivity of BBA was improved with incorporating zeolitic waste as an aluminosilicate material. This zeolitic waste was first used for ammonium sorption; then, it was incorporated in alkali-activated samples. Additional amounts of hydrated products formed, such as calcium silicate hydrate, calcium aluminum silicate hydrate and calcium sodium aluminum silicate hydrate. The silicon and aluminum compound, which varied in zeolitic waste, changed the mineral composition and microstructure of alkali-activated binder systems. NHCl, which was incorporated in the zeolitic waste, did not negatively affect the compressive strength of the alkali-activated BBA samples. This investigation proved that waste materials can be reused by producing alkali-activated binders.