Otrzymywanie i badania strukturalne membran zeolitowych na podłożach geopolimerowych


                

Kierownik projektu:

Wykonawcy projektu:

Numer grantu:

  • 2015/17/B/ST8/01200

Data rozpoczęcia:

  • 2016-02-15

Data zakończenia:

  • 2019-09-14

     Niekontrolowany rozwój przemysłu i szybki postęp cywilizacji stanowi poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Stąd w dzisiejszych czasach bardzo ważnym problemem jest ochrona środowiska. Jednym z jej aspektów jest utylizacja zanieczyszczeń gazowych emitowanych do atmosfery. Strumienie gazów odlotowych powstające w procesach przemysłowych, wykazują różnorodny skład jakościowy i ilościowy, a także różnią się pod względem właściwości fizykochemicznych. Dlatego te nie ma jednej uniwersalnej metody oczyszczania gazów, a w celu utrzymania poziomu zanieczyszczeń powietrza poniżej ustalonych, niezagrażających zdrowiu i życiu ludzi, wartości wykorzystuje się szereg procesów służących ograniczeniu emisji zanieczyszczeń w strumieniach gazów odlotowych. Pośród nich należy wymienić stosowanie filtrów kominowych, których, najogólniej rzecz ujmując, działanie polegać może na zjawiskach adsorpcji bądź sita molekularnego. Obie te właściwości charakteryzują grupę minerałów, glinokrzemianów, zwaną zeolitami.

     Do dużej grupy technik rozdzielania składników mieszanin gazowych, ale również ciekłych należą procesy membranowe. Instalacje membranowe znajdują zastosowanie przy separacji gazów w przemyśle chemicznym i petrochemicznym. W zależności od właściwości mogą służyć do rozdzielania cząstek o rozmiarach mikro- i nanometrycznych. Bardzo ważnymi materiałami wykorzystywanymi do takich procesów są membrany otrzymane z zeolitów umieszczanych na różnych podłożach. Kanały występujące w strukturze zeolitów mają rozmiary cząsteczek i mogą być użyte do budowy membran. Zeolity często określane są mianem „sit molekularnych” gdyż mogą rozdzielać różne cząstki z mieszanin tak jak w życiu codziennym rozdziela się różne substancje przy pomocy sit. Zeolitowe sita molekularne mogą być stosowane do usuwania amoniaku i pary wodnej z gazów obojętnych, a także CO2, SO2, H2S czy C2H5OH. Jednak zeolity to bardzo liczna grupa struktur. Ważne jest, aby opanować taką metodę otrzymywania membran, aby powstawały ściśle określone, najbardziej oczekiwane zeolity.

     Procesy rozdzielania membranowego są prowadzone w tzw. modułach membranowych zapewniających przepływ separowanej mieszaniny w kierunku prostopadłym albo równoległym do powierzchni membrany. Stąd warstwy zeolitowe, najczęściej otrzymywane są na nośnikach płaskich i rurowych wykonanych z porowatego spieku lub ze stali nierdzewnej. Podłoże membranowe musi spełniać określone wymagania jak odpowiednia wytrzymałość mechaniczna, chemiczna czy termiczna. Duże nadzieję budzą podłoża otrzymywane z materiałów glinokrzemianowych otrzymanych w wyniku tzw. geopolimeryzacji, co proponuje się w niniejszym projekcie. Równocześnie, przy odpowiednim doborze składów surowcowych, istnieje możliwość uzyskania faz zeolitowych w objętości podłoża geopolimerowego. Uzyskane filtry membranowe odznaczać się będą wysoką odpornością chemiczną, co daje możliwość zastosowania wszędzie tam, gdzie istnieje konieczność użycia bardzo agresywnych roztworów, takich jak rozpuszczalniki organiczne lub stężone kwasy.

     Prawidłowe wykorzystanie membran na podłożach geopolimerowych jest związane z określeniem ich właściwości użytkowych. To z kolei jest możliwe tylko w oparciu o szczegółowe badania strukturalne, które bardzo często wspomagane są o skomplikowane obliczenia prowadzone na komputerach dużej mocy. Te wszystkie działania zostały również zaplanowane w niniejszym projekcie.