Termik santral katı atıklarından zeolit üretim potansiyelinin araştırılması
Investigation of potential zeolite production from solid wastes of thermal power plants
Yazar: CANER ZEYREK
Danışman: DR. TÜRKAY ONACAK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Tez çalışması, ülkemizde kömürle çalışan termik santrallerde (Çatalağzı, Çayırhan, Seyitömer, Tunçbilek, Orhaneli, Çan, Soma B1-4, Soma B5-6, Yatağan, Yeniköy, Kemerköy, Kangal ve Afşin-Elbistan) atık olarak oluşan uçucu küllerden laboratuvarda ve pilot tesiste sentetik zeolit elde edilmesini ve gelecekte endüstri bazında üretim için önerilerde bulunulmasını amaçlamaktadır. Sentez çalışmaları için 13 termik santralden alınmış uçucu kül örnekleri kullanılmıştır. Kül örnekleri ve sentez ürünlerinde, XRD, SEM-EDX, değişebilir katyon ve CEC analizleri ile adsorbsiyon/desorbsiyon deneyleri yapılmıştır. XRD çalışmaları ile uçucu küllerde amorf maddenin en önemli kısmı oluşturduğu belirlenmiştir. Ön deneysel çalışmalar için Çatalağzı, Çayırhan, Tunçbilek ve Çan uçucu külleri örnek olarak seçilmiştir. Bu çalışmalar, KOH çözeltisine göre NaOH çözeltisi kullanılarak karıştırmalı kapalı reaktörde endüstriyel uygulamaya sahip zeolitlerin uçucu küllerden oluşturulabileceğini göstermiştir.Tez çalışması kapsamında üretimi gerçekleştirilen reaktörde uçucu küllerin, bilgi edinmek amacıyla manyetik olmayan fraksiyonlarının ve %10 HCl ile ön işlemden geçirilmiş uçucu küllerin sentezleme çalışmaları yapılmıştır.Uçucu küllerin sentezlenmesinde 2M NaOH çözelti konsantrasyonu, 1/2 kül-çözelti oranı ve 150 ºC'de 8 saat reaksiyon süresi kullanılmıştır. Bu çalışmalar ile Çatalağzı, Çayırhan, Seyitömer, Tunçbilek, Orhaneli, Soma B5-6 ve Kangal ürünlerinde Na-P1; Çatalağzı, Çayırhan ve Tunçbilek'de fillipsit; Çayırhan ve Afşin-Elbistan'da analsim; Çan, Soma B1-4, Yatağan ve Kangal'da hidroksi-sodalit; Soma B1-4 ve Yatağan'da tobermorit mineralleri tanımlanmıştır. Sentez ürünlerinde en düşük ve yüksek CEC değerleri, Yeniköy (32 meq/100g), Çatalağzı ve Seyitömer (156 meq/100g) sentez ürünlerinde saptanmıştır. Sentez ürünlerinde Na-P1 ve şabazit içeren örneklerin yüksek su buharı adsorbsiyonuna sahip olduğu tespit edilmiştir. Tüm çalışmalar ışığında gelecekte endüstri bazında uçucu küllerden sentetik zeolit üretim için öncelikle Çatalağzı, Tunçbilek ve Seyitömer; ihtiyaç halinde de Çayırhan, Orhaneli, Çan, Soma B5-6 ve Kangal uçucu küllerinin değerlendirilmesinde yarar görülmüştür.

Abstract:
This thesis study focuses on the synthesis of zeolites from fly ashes that are produced as combustion residues of Turkish coal-fired power plants at laboratory and pilot plant scale, and also recommendations on production of these materials for future industrial applications. Fly ashes that were collected from 13 power plants (Çatalağzı, Çayırhan, Seyitömer, Tunçbilek, Orhaneli, Çan, Soma B1-4, Soma B5-6, Yatağan, Yeniköy, Kemerköy, Kangal ve Afşin-Elbistan) were used for zeolite synthesis. Fly ash samples and the synthesized zeolitic materials are subjected to XRD, SEM-EDX, exchangeable cations, CEC analyses and water vapor adsorption / desorption experiments. XRD studies showed that amorphous materials are the most important parts of the fly ashes. Çatalağzı, Çayırhan, Tunçbilek and Çan fly ashes were chosen for pre-experimental studies. These studies indicated that NaOH solution, instead of KOH as activation agents, can be used in a stirred batch reactor to synthesize zeolites that are suitable for industrial applications from fly ashes. In the light of these findings, fly ashes under experimental conditions with 2M NaOH, T=150 ºC, t= 8 and 1/2 fly ash-solution were synthesized in a big scale stirred reactor. In addition, non-magnetic fractions of fly ashes and the pre-treatment of fly ashes with %10 HCl were also used to synthesize in order to get more information about zeolitic products. In synthesized products, zeolite Na-P1 was defined in Çatalağzı, Çayırhan, Seyitömer, Tunçbilek, Orhaneli, Soma B5-6 and Kangal; phillipsite in Çatalağzı, Çayırhan and Tunçbilek; analcime in Çayırhan and Afşin-Elbistan; hydroxy-sodalite in Yatağan and Kangal; tobermorite in Soma B1-4 and Yatağan. The maximum and the minimum values of cation exchange capacity were determined as 32 meq/100g in Yeniköy, and 156 meq/100g in Çatalağzı and Seyitömer synthesized products. It was determined that zeolitic materials including high Na-P1 and chabazite contents have relatively higher water vapor adsorption capacity. These studies show that Çatalağzı, Tunçbilek and Seyitömer fly ashes should be considered of first priority, also in the case of high demand Çayırhan, Orhaneli; Çan, Soma B5-6 and Kangal fly ashes can be taken into consideration to synthesize zeolite for future industrial applications.