Synthesis and structure of analcime and analcime-zirconia composite derived from coal fly ash cenospheres

Abstract

Cubic analcime and analcime-zirconia composite with the Si/Al ratio of 2.04 and 2.16, respectively, was synthesized by hydrothermal treatment of coal fly ash cenospheres (Si/Al ¼ 2.7) at 150 C. The scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), powder X-ray diffraction (PXRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), synchronous thermal analysis (STA) methods were used to study the morphology, composition and structure of the products. Two main types of analcime bearing particles were obtained, such as hollow microspheres with attached analcime icositetrahedra of 5 e50 mm in size and individual analcime crystals of a narrow particle size distribution (D m ¼ 41 mm) with incorporated zirconia (4.8 wt% Zr). The high quality of the crystalline fractions allowed an accurate fullprofile PXRD analysis of complete analcime crystal structure and composition including anisotropic displacement parameters of all atoms and H-positions of water molecules.

Preparation and Properties of Zr-Bearing Sorption Materials Based on Coal Fly Ash Microspheres

“…Анальцим (ANA), как наиболее узкопористый цеолит (D пор = 2,6 Å) по сравнению с другими цеолитами, неспособен при нормальных условиях к сорбции крупных катионов цезия (r = 1.7 Å) [9], но достаточно эффективно осуществляет обмен многозарядных ионов, например, U и Th [10,11]. Анальцим достаточно легко синтезируется в гидротермальных условиях исходя из чистых химических реактивов [12], природных и техногенных алюмосиликатных материалов -цеолитов [13], глин [14] и алюмосиликатных стекол [15][16][17], включая полые алюмосиликатные микросферы из летучих зол (ценосферы) [18]. Большинство из представленных видов сырья не обеспечивает получение цеолитного продукта высокой чистоты, который наряду с анальцимом содержит примеси других цеолитов.…”

“…В случае использования ценосфер авторами [18,19] продемонстрирована возможность синтеза моноцеолитных фаз с топологией каркаса типа анальцим различного состава, в том числе Cs-содержащих фаз твердых растворов (Na n Cs 1-n )AlSi 2 O 6 •nH 2 O (поллуцит, Cs-анальцим) [19] и композитного материала ZrO 2 -анальцим, в котором частицы аморфного диоксида циркония распределены в объеме цеолитных кристаллов [18]. ZrO 2 -содержащий цеолитный материал может функционировать, с одной стороны, как сорбент с различными типами сорбционных центров, а с другой -как прекурсор огнеупорной цирконоалюмосиликатной керамики [20], которая имеет потенциал использования в качестве химически устойчивой формы фиксации радиоактивных отходов [21], получаемой в результате фазовой трансформации обменных форм цеолитного материала [22].…”

Hydrothermal Co-Processing of Coal Fly Ash Cenospheres and Soluble Sr(II) as Environmentally Sustainable Approach to Sr-90 Immobilization in a Mineral-like Form

“…The Na/Sr ratio was estimated from the refined occupancy of respective atomic sites in the analcime lattice taking into account the substitution of two Na + ions by one Sr 2+ . An accurate crystal structure model of analcime obtained in [ 43 ] was utilized in the DDM refinement. The crystallographic database of the Joint Committee on Powder Diffraction-International Centre for Diffraction Data (JCPDS-ICDD, now known as the ICDD) JCPDS-ICDD PDF-2 Release 2004 and software PhasanX 2.0 were used to process PXRD patterns.…”

The effect of alumina addition on the synthesis of zeolite from fly ash by hydrothermal method

“…A previous study [12] carried out a zeolite synthesis using a molar composition of 1SiO2: 0.025Al2O3 (molar ratio of SiO2/Al2O3 = 40) from fly ash using the hydrothermal method, which produced ZSM-5. Another study [13] carried out the synthesis of zeolite from fly ash through hydrothermal treatment using a molar composition of 1SiO2: 0.18Al2O3 (molar ratio of SiO2/Al2O3 = 5.56) which produced analcime. Based on these two studies, it is shown that the addition of alumina will reduce the ratio of SiO2/Al2O3 which causes the reaction to produce analcime.…”