Anthracite-Bentonite dan Bentonite untuk pembersihan tumpahan minyak dan tapak pelupusan sampah

Penggunaan anthracite (sejenis arang batu) dan bentonit (sejenis tanah liat) pergi jauh di luar kegunaan tradisional sebagai bahan api dan sumber untuk seramik masing-masing. Anthracite-bentonite adalah kombinasi tahan lasak untuk penyingkiran bahan cemar dari tumpahan dan aliran sisa. Penting untuk sebarang penggunaan adalah ketersediaan anthracite berkualiti tinggi dan bentonite - seperti yang dibekalkan oleh Pegmatite Afrika, rakan industri pilihan.

Tumpahan minyak, kejadian sisa industri dan larut lesap daripada penyimpanan sisa adalah masalah berterusan dalam kedua-dua dunia yang maju dan membangun. Sekiranya terdapat sebarang bahan pencemar yang mencapai kursus air, proses seperti eutrofikasi dan kematian hidupan akuatik boleh mengakibatkan (1). Beberapa yang terkemuka, dan mantap, rawatan pencemaran makanan berminyak dan berat di dalam air dan penyimpanan sisa yang berpangkalan di sekitar bentonit dan anthracite.

Apa itu Bentonite dan Anthracite?

Bentonites adalah aluminium phyllosilicate Clays terdiri terutamanya daripada montmorillonite. Montmorillonite adalah dioctahedral smectite dan mempunyai struktur Kristal campuran geometri; octahedral geometri sandwiched antara dua lapisan geometri tetrahedral. Na-bentonite adalah salah satu yang paling biasa, dan dinilai untuk keupayaan bengkak (2). Ia berasal dari abu gunung berapi yang telah didepositkan dalam persekitaran marin. Bentonit kalsium, sebaliknya, tidak dipandang tinggi kerana sifat bengkaknya. Ia berasal dari abu gunung berapi yang didepositkan dalam persekitaran air tawar (D2). Air struktur dihapuskan daripada bentonit dengan pemanasan dalam julat 400 hingga 500 °C. Pemanasan melebihi 900°C mengubah struktur kristal sepenuhnya dan tidak boleh dipulihkan. Bentonite dianggap sebagai lebih mudah diacu dan disindir jika dibandingkan dengan kaolin, yang secara kimia serupa. Anthracite adalah salah satu bentuk tinggi arang batu, boleh didapati secara meluas dan dengan pelbagai kegunaan, ia adalah bahan yang murah dan boleh dipercayai.

Profail Keangkuhan

Banyak aplikasi bentonit Clay berpunca daripada profil porositi yang unik, iaitu ia sangat berliang. Tahap porositi adalah berkait rapat dengan kawasan permukaan, dan kawasan permukaan yang berkaitan dengan bagaimana adsorbengkok bahan boleh. Penjerapan adalah fenomena fizikal di mana pepejal ' memegang ' ke atas molekul dari gas atau solute cecair. Sebagai satu peraturan umum ibu jari, sifat khusus adsorbengkok Walau apa pun, lebih besar kawasan permukaan, lebih banyak adsorbengkok bahan boleh. Arang batu secara umum, dan secara khususnya, dikelaskan sebagai bahan yang berliang. Gred yang lebih rendah digambarkan sebagai makro, manakala peningkatan gred yang lebih tinggi seperti antrasit dicirikan sebagai kebanyakannya microporous (3).

Bentonite Untuk Tumpahan

Bentonite telah mendapati penggunaan untuk rawatan minyak (dan lain organik) sisa/tumpahan-ia bertindak bersama-sama dengan komponen lain sebagai bahan yang sangat berliang, fizikal adsorbing minyak dan dengan itu membolehkan untuk penyingkiran melulu melalui penapisan. Tumpahan minyak sering sebahagian daripada jenis pencemaran kimia yang paling berbahaya di laut dan dalam kursus air, bertanggungjawab terhadap kehilangan hidupan laut dan tumbuhan. Oleh itu, deployable dengan cepat dan kaedah yang sangat dipercayai untuk menghapuskan minyak dan bahan cemar organik yang lain dari air mesti dicapai. Bentonite Clay memainkan peranan lakonan dalam usaha ini sebagai adsorbengkok primer. Bentonite boleh digunakan secara bersendirian, diubahsuai (lihat di bawah) atau di samping anthracite. Sorbents lain untuk minyak dari pemindahan air termasuk gambut, kaca dan ion yang resin Amberlite (4)

Bentonite-Anthracite Untuk Tumpahan Minyak

Campuran bentonite-anthrasit berguna untuk pemisahan dan penyingkiran minyak, bahan-bahan berminyak dan yang kurang larut air dari cecair.

Minyak di dalam air yang boleh digunakan adalah terpencil dengan menggunakan serbuk yang telah meningkat dengan ketara, dengan kawasan permukaan skala makro yang amat tinggi yang bertindak dalam kaedah percuma kepada kawasan permukaan mikro/nano yang disediakan oleh ' bentonit Clay ' (5). Karbon yang diaktifkan, bentonit dan mendepositkan antrasit telah digunakan bersama untuk merawat minyak-serangan air di sektor Petroleum. Kajian telah mendapati bahawa kadar penjerapan (dan dengan itu kadar penyingkiran minyak) meningkat dengan masa pendedahan yang lebih besar kepada sorbengkok (6).

Campuran daripada 30% bentonit dan 70% habuk arang batu (secara berat) telah ditunjukkan untuk menghapuskan minyak dan berat organik dari serangan minyak/air pada penukaran sehingga 98%. Kecekapan magnitud ini diterangkan oleh fakta bahawa bentonite-anthracite sangat organophilic (7). Zarah saiz adalah dari 0.85 hingga 2.36 mm, dengan itu sekali swelled dengan pencemar dengan mudah boleh ditapis. Sebahagian daripada mekanisme yang mana bentonit adalah satu kesedihan yang sangat baik dalam kertas itu bergantung kepada penggantian natrium dan kalsium perion dengan hujung nitrogen Amine-sifat organik yang dipertingkatkan akan menyebabkan bengkak yang disebut dalam bahan organik (8), dan dengan itu ia boleh dikatakan sebagai terpilih untuk organik seperti minyak mentah , petroleum dan benzene. Anthracite mempunyai kepadatan yang sama untuk bentonit dalam Pukal dan mempunyai kesan melambatkan apa-apa penyerapan yang maju ke dalam tanah liat bengkak. Keupayaan untuk menyerap cecair semua jenis berkurangan dengan cepat pada suhu yang tinggi (9). Bagi permohonan itu, bentonite-anthracite boleh ditambah ke sebuah kolam air yang tercemar, atau air yang tercemar boleh dihantar melalui penapis bentonite-anthrasit.

Satu sistem penapisan untuk penyingkiran minyak dan hidrokarbon dari air tanah dalam sektor penghantaran memastikan pelepasan air bebas minyak dengan menggunakan penapis gambut-anthracite-bentonite, yang secara keseluruhan kedua-dua lapisan hidrofobik dan oleophilic dalam Alam (10). Penulis paten mendakwa bahawa ia adalah berfaedah dalam persekitaran Maritim sebagai kek penapis (gambut yang tercemar-anthracite-bentonite) boleh dibakar untuk pelupusan.

Daya maju bentonite timbul daripada fakta bahawa ia adalah sorbent yang sangat baik (10). Sorbency dalam kes bentonite berkisar natrium positif (atau kalsium) ion digantikan dengan ion ammonium. Paradigma ini meningkatkan organophilicity, menjadikannya sesuai untuk pemulihan tumpahan minyak. Penyelidikan telah mencadangkan bahawa bentonite sederhana terpilih untuk organik termasuk benzene (11). Anthracite biasanya digunakan bersama bentonit kerana ia bercampur dengan baik dan menghalang sebarang penyerapan yang berlaku lebih awal daripada yang dijangkakan. Di samping itu, anthracite mempunyai ketumpatan pukal yang sama untuk bentonite.

Satu kajian telah menunjukkan bahawa campuran bentonit dan anthracite dalam nisbah 30:70 berkesan pada pembersihan emulsi minyak dan air dan minyak sintetik pada hampir 100% kecekapan - data ini adalah bukti kepada organophilicity bentonite dan profil keliangan yang disebutkan di atas. Malangnya, penyerapan dan keupayaan untuk meringankan minyak dan tumpahan organik jatuh jauh apabila suhu melepasi 100 °C(12).

Memanfaatkan organophillicity adalah kunci kepada penggunaan bentonit-anthracite yang berjaya. Seperti kemudahan penggunaan. Saiz zarah tipikal 0.85 hingga 2.36 mm dalam keadaan pra-bengkak bermakna bentonite-anthracite mudah dikendalikan, lebih-lebih lagi sekali bengkak dan penuh dengan bahan cemar. Semua yang diperlukan adalah penapisan pengecualian saiz untuk menghapuskan sebarang bahan cemar. Anthracite-bentonite mudah dilupuskan dan sendiri tidak toksik.

Bentonite-Anthracite untuk pencemaran air perindustrian / perlombongan

Masalah seperti saliran periuk api adalah masalah yang agak biasa dan berterusan yang dihadapi oleh sektor perlombongan. Air bawah tanah yang berhampiran dengan lombong arang batu di Nigeria telah diuji positif untuk kepekatan besi di dalam Ca. 1,300 mg L^-1 pelbagai besi, di mana tahap keracupan adalah masalah. Menggunakan abu lalat arang batu gabungan, anthracite dan rejim tanah liat bentonite, tahap ini telah diturunkan dengan ketara(13). Bahan cemar lain dalam saliran lombong asid boleh termasuk ion logam berat dan sulfates. Set-up dalam kerja ini adalah untuk membolehkan air saliran lombong yang akan disimpan dengan penghalang berarang batu, mengeluarkan melebihi 80% bahan cemar besi. An 8x30 MeSH, 0.97 m² g^-1 lajur penapis bentonite-anthracite telah digunakan dalam aliran air sisa perindustrian untuk membuang logam berat, dan walaupun penapis tidak melaksanakan serta zeolite mahal 'clinoptilolite' untuk menghapuskan semua jejak, ia mengatasi dari segi penyingkiran organik dari penyelesaian sebagai tambahan kepada logam. Penulis mencadangkan bahawa menggunakan sistem penapis dwi-memanfaatkan keteguhan bentonite-anthracite, kebolehpercayaan dan sifat murah, bersama penapis zeolite boleh memberikan manfaat maksimum (14).

Untuk pemasangan penapisan umum, penambahan serendah 10% tanah liat bentonit dengan berat kepada campuran pasir dan arang batu tradisional dalam lajur penapisan boleh berkesan untuk meningkatkan penapisan dengan memanfaatkan tahap penyerapan sistem arang batu tanah liat sekarang. Telah dilaporkan bahawa anthracite yang hadir bertanggungjawab untuk mengehadkan keupayaan bengkak campuran arang batu tanah liat-pasir(15).

Tanah Liat Bentonite Diubahsuai Untuk Adsorbents Minyak

Beberapa contoh bentonit diubahsuai telah terbukti berguna dalam bidang ini. Satu kajian menggunakan pempmerisasi radikal bagi asid akrilik ke dalam Na-bentonite Granules pada loading rendah. Penulis mendapati bahawa penyudah campuran air minyak pada suhu ambien (antara 10 hingga 21 °C) telah meningkat dengan ketara pada julat yang lebih tinggi(16). Melihat sistem yang lebih kompleks, Na-bentonite, asid akrilik, montmorillonite jenis natrium dan pelbagai penghasilan acrylamide digunakan untuk mewujudkan nanocomposite "superabsorbent" untuk air dan beberapa minyak; dengan gabungan kandungan tanah liat dan montmorillonite sekitar 80%. Sementara itu nanokomposit berbeza daripada yang sebelum ini diubahsuai Na-bentonite contoh, nilai Absorbance didapati 1,201 g/g daripada nanokomposit.

Dalam kajian yang berkaitan mengenai kaolin-jenis Clays, juga aluminosilicates, pengubahsuaian asid tanah liat seperti itu didapati menyebabkan pembangunan struktur poros yang sangat jelas dengan kekuatan mekanikal yang rendah. Kawasan permukaan Ca. 29 m² g^-1 telah dicapai dengan saiz liang 2-5 nm. Selanjutnya merawat tanah liat yang diubahsuai asid ini dengan asas yang kuat mampu tanah liat berlubang dengan liang 20-40 nm (18). Data ini mencadangkan bahawa rawatan yang serupa dengan kimia bentonit Clay yang serasi dengan cara yang sama mampu keputusan yang serupa. Tanah liat Bentonite diubahsuai dengan dimethyl-di (hidrogenated) tallow (iaitu lemak haiwan) telah ditunjukkan dalam cecair berminyak untuk membuang sisa aromatik (19).

Oleh kerana selari yang jelas antara minyak mentah dan pelarut organik tidak larut air (seperti benzene, cyclohexane, dichloromethane dan lain-lain), keliangan yang diberikan oleh bentonite telah digunakan sebagai adsorbent untuk kes-kes ini (20).

Bentonite-Anthracite Untuk Lapisan Tapak Pelupusan

Salah satu scourges utama di dunia moden adalah kuantiti sisa yang dihantar ke tapak pembuangan sampah-sesetengah daripada IT toksik. Secara semulajadi, beberapa aliran sisa tidak dapat dielakkan, dan di sesetengah negara kaedah pemisahan sisa tidak diamalkan secara rutin. Dalam kes seperti ini, ia adalah penting untuk mengurangkan risiko sisa pembuangan bahan buangan yang berpotensi toksik yang larut lesap keluar ke dalam persekitaran, dalam kursus air yang menyebabkan risiko hidup. Dari tanah liat bentonite, disebabkan oleh profil porositi yang unik, mampu mengelakkan air larian dan larut lesap dari tapak pelupusan sampah. Bentonite jarang digunakan secara bersendirian, sebaliknya, biasanya dalam konsert dengan bahan lain seperti anthracite.

Campuran bentonit dan arang batu boleh digunakan sebagai tapak pelupusan sampah dan baju, untuk mencegah air larian yang tidak perlu dan berpotensi berbahaya kepada persekitaran tempatan. Berdasarkan sifat penyerapan yang sangat baik, bentonite-anthracite telah terbukti berguna dalam penyerapan - dan dengan itu memerangkap - logam berat termasuk kadmium, plumbum dan nikel apabila bentonite digunakan dalam nisbah 2:1 kepada anthracite, sebagai tambahan kepada jumlah pasir juga hadir.

Kajian yang sama dengan ini telah mengenal pasti bentonit dan campuran anthracite sebagai sorbents yang sangat baik untuk bahan cemar berasaskan cecair yang timbul daripada aliran sisa industri, tapak pelupusan dan senario lain yang berkaitan. Bentonite dianggap penting dalam situasi ini, dengan anthracite tidak mempunyai sedikit kesan apa pun pada penapisan bahan cemar yang tidak diingini (21). Adalah penting untuk memastikan leaching dari tapak perindustrian dan longgokan sampah perbandaran dicegah - keracunan logam berat boleh memberi kesan mendalam kepada hidupan liar tempatan, aktiviti marin dan bekalan air domestik. Paradigma penapisan anthracite bentonit telah digunakan dalam situasi lain yang berkaitan, termasuk untuk membersihkan pencemaran plumbum (22)

Satu perkara yang jarang berlaku, tetapi juga berpotensi berbahaya yang boleh wujud di tapak pembuangan sampah, terutamanya jika tapak pelupusan itu sangat mabuk dengan sisa dari pemprosesan makanan atau pertanian adalah enzim. Chloridazon dan metribuzin adalah dua bahan cemar yang diketahui dapat meninggalkan dari tanah dan buasir sisa (23) - formulasi pelepasan terkawal bentonite-anthracite yang disokong alginate telah dikerahkan untuk memperlahankan pembuangan chlorizadon dan metribuzin dari tanah. Kajian itu digunakan granulated anthracite-bentonite. Ini adalah contoh anthracite-bentonite pada dasarnya digunakan sebagai racun kandang.

Penting untuk aplikasi tapak pelupusan /sisa adalah keupayaan untuk menahan tekanan, dan telah didapati bahawa bentonite-anthracite dan pasir bentonit-arang batu campuran padat dengan sifat kekuatan mampatan yang baik (24).

Oil drum with some spillage, that will require special cleanup.

Pertimbangan Operasi Dan Perbandingan Dengan Kaedah Lain

Kerana ia didapati secara meluas diedarkan di seluruh dunia, tanah liat bentonit dan antrasit adalah murah, dan oleh itu mereka adalah calon yang baik bersama-sama untuk kes penggunaan yang disebutkan di atas. Kos bahan-bahan yang tinggi untuk kaedah pembersihan tradisional boleh menjadi kebimbangan (25). Beberapa kebimbangan utama dengan kaedah tradisional untuk minyak dan pembersihan tumpahan organik termasuk kecekapan pemisahan air minyak yang rendah, kos bahan yang tinggi dan kapasiti adsorption organik / minyak yang rendah (26). Secara semula jadi, masalah ini boleh sebahagiannya dengan menggunakan lebih banyak kaedah tradisional-seperti sayur-dan sorbents berasaskan mineral-tetapi ini mengalahkan prinsip menggunakan kuantiti minimum bahan yang mungkin dan menjana lebih banyak sisa. Satu yang sering diabaikan harta menggunakan tanah liat bentonit sebagai sorbents adalah sifat 'mesra alam' dan bukan toksik (27).

Satu laporan menunjukkan bahawa tanah liat bentonit serbuk adalah adsorbent yang jauh lebih berkesan dan penghilang minyak dari air (28) daripada arang yang diaktifkan, sehingga tujuh kali lebih-lebih lagi. Memetik fakta bahawa bentonit tidak mengalami sama ' blinding ' liang yang arang, ia dinyatakan bahawa ini adalah lebih kos yang berkesan dan model yang boleh berskala. Dalam kes kedua-dua bentonit-arang dan bentonit-anthracite, bentonit adalah sorbengkok utama.

Kegunaan Lain Bentonite Dan Bentonite-Anthracite

Pemutus pasir hijau untuk produk logam mewah secara meluas menggunakan kedua-dua bentonit dan anthracite - bekas digunakan di dalam pasir sekitar 10% dengan berat dan memastikan aliran yang baik. Anthracite hadir untuk memastikan pelepasan mudah produk yang dibuang dan untuk mengelakkan basah - yang boleh membawa kepada 'membakar' atau kecacatan permukaan lain yang perlu di mesin dengan tangan kemudian.

Pembaikan kecil-kecilan untuk lapisan Relau letupan (29), pelari Relau dan cupolas membakar kegunaan khusus untuk bentonite-anthracite (30). Walaupun menggunakan kaedah yang berbeza, bentonit dan anthracite digabungkan dengan bahan-bahan lain (termasuk tetapi tidak terhad kepada: graphite, kalsium klorida dan pasir krom) untuk membentuk pes. Pes ini digunakan untuk retak atau rehat dan kemudian menyembuhkan dengan cepat. Ini menggunakan memanfaatkan kekuatan bentonit sembuh dan refraktori relatif anthracite yang hadir.

Ringkasan

Anthracite dan ' Clay ' tanah liat yang berlaku secara semula jadi, bahan yang berliang, yang murah untuk memperoleh, bekerja dengan dan melupuskan.
Sifat mereka dalam porositi dan kestabilan jangka panjang umum membawa kepada penggunaan mereka sebagai sorbents untuk rawatan tumpahan dan aliran sisa.
Tumpahan minyak dan penyingkiran sisa organik/berminyak dari air; penyingkiran logam berat dari sisa air dan membantu dalam menghasilkan pencemaran yang terhasil daripada tapak pelupusan adalah aplikasi utama.
Kegunaan lain bentonit-anthracite termasuk dalam pemutus pasir hijau dan dalam pembaikan Relau
Kedua-dua anthracite dan bentonite bukan toksik, oleh itu tidak ada risiko kesihatan yang terlibat dengan sebarang penggunaan.

Pegmatite Afrika adalah pembekal utama anthracite berkualiti tinggi dan bentonite untuk pelbagai aplikasi yang terdiri daripada pembersihan tumpahan sehingga pencegahan leaching logam dan banyak lagi.

Rujukan

1 J. GE et Al., Adv. Mat., 2016, 28, 10459

2 S. Paź et Al., Arc. ., 2019, 19, 35
3 G. Sama sekali, Env. Eng. Geosci., 2004, 10, 347

4 S. P. Yao et al., Chin. Mini. Bull., 2011, 56, 2706

5 Q. Zunan et al, Water Qual. Res., 1995, 30, 89

6 H. Moazed dan T. Viraraghavan, Sisa Berbahaya dan Perindustrian, 1999, 31, 87

7 M. El-Sayed et al., Mesir J. Petroleum, 2011, 20, 9

8 H. Moazed dan T. Viraraghavan, Mengira. Sumber, 2005, 27, 101

9 G. R. Alther et al., Pengurusan Sisa (Amsterdam), 1996, 15, 623

10 US paten, US6521125B1, 2000
11 R. E. Grim, Clay Mineralogy, 2th ed, McGraw-Hill, New York, 1968
12 H. Moazed dan T. Viraraghavan, Mengira. Sumber, 2005, 27, 101

13 E. O. Orakwue et al., Air, Udara dan Tanah Poll., 2016, 227, 73

14 F. Tillman Jr. et al., Bull. Environ. Contam. Toxicol., 2004, 72, 1134
15 G. Cui et al., J. Eng. China, 2013, 19, 90

16 E. N. Glazacheva et al., KEPINTARAN. Ecol. Env., 2015, 196, 529

17 L. Liu et al., J. APPL. Poli. Mini., 2006, 102, 5725

18 N. E. Gordina et al., Rus. J. Chem., 2011, 84, 1866

19 S. Gitipour et al., Sorbents untuk Pembersihan danKawalan Bahan Berbahaya Cecair , Noyes Data Corp., Park Ridge, NJ, Amerika Syarikat, 1988

20 M. Adebajo et al., J. Porous Mat., 2003, 10, 159
21 J. Sobti dan S. K. Singh, Int. J. Geotech. Eng., 2019, 13, 411

22 Y.-G. Chen et al., Adv. EWCA. Eng., 2019, 1

23 M. Fernández Pérez et al., Chemosphere, 2013, 92, 918

24 J. Sobti dan S. K. Singh, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2017, 225, 12091

25 J.C. Philp et al., Environ. Mini. Proc. IMP., 2015, 17, 1201

26 M. Schrope, Alam Semula Jadi, 2010, 466, 680