Study of Properties of a Catalyst Produced from Galvanic Sludge Waste

Abstract

The problem of industrial waste disposal is relevant throughout the world. Toxic industrial waste from the technological use of galvanic coatings is a global environmental problem. In this work, a catalyst made from galvanic production sludge waste at the Instrument-Making Plant in Cherkasy (Ukraine) was obtained and studied. The galvanic sludge was analysed using polarographic, complexometric, thermogravimetric and photocolorimetric methods to determine its elemental composition and heavy metal content: iron, copper, nickel, chromium, zinc. A technological process was developed and a catalyst based on waste sludge from electroplating plants was manufactured from a sludge suspension obtained after wastewater treatment in electroplating production using the following technology: dehydration of sludge after fermentation to dry powder, mixing the resulting powder with a Cr(IV) to Cr(III) reducing agent solution and drying the resulting suspension at 150 °C for 4 hours; forming the catalyst by mixing the sludge powder with the carrier suspension and calcining for 4 hours at 700–750 °C. A basic technological scheme of a pilot plant for determining the activity of an iron-chromium (sludge) catalyst has been created, which allows the catalyst to be used effectively to neutralise organic vapours of ethanol, acetone, butanol and toluene by means of catalytic oxidation. It has been established that at a maximum volumetric gas flow rate of 1900 g/h in the catalytic reactor, the degree of catalytic oxidation increases for all classes of organic compounds. Starting at a temperature of 370 °C in the catalysis zone, the conversion of ethanol, acetone and butanol enters the kinetic region, while the nature of the process for toluene remains unchanged. The maximum rate of catalytic oxidation is achieved at a temperature of 400 °C. Under these conditions, the maximum conversion rate is achieved: for ethanol – 97.1 %, for acetone – 99.2 %, for butanol – 90 %, for toluene – 95.7 %.

У роботі отриманий та досліджений каталізатор, виготовлений із відходів шламу гальванічного виробництва на Приладобудівному заводі в м. Черкаси (Україна). Гальванічний шлам проаналізований полярографічним, комплексометричним, термогравіметричним та фотоколориметричним методами на предмет його елементного складу та вмісту важких металів: залізо, мідь, нікель, хром, цинк. Розроблений технологічний процес і практично виготовлений каталізатор на основі відходів шламу гальванічних заводів із суспензії шламу, отриманої після очищення стічних вод гальванічного виробництва за такою технологією: дегідратація шламу після ферментації до сухого порошку, змішування отриманого порошку з розчином відновника Cr(IV) до Cr(III), сушіння отриманої суспензії за температури 150 °C протягом 4 год; формування каталізатора шляхом змішування порошку шламу з суспензією носія і прожарювання протягом 4 год за температури 700–750 °C. Створено принципову технологічну схему пілотної установки для визначення активності залізо-хромового (шламового) каталізатора, що дозволяє ефективно використовувати каталізатор для нейтралізації органічних парів етанолу, ацетону, бутанолу і толуолу, шляхом проведення процесу їх каталітичного окислення. Встановлено, що при максимальній об'ємній швидкості потоку газу 1900 г/год у каталітичному реакторі ступінь каталітичного окислення збільшується для всіх класів органічних сполук. Починаючи з температури в зоні каталізу 370 °C, конверсія етанолу, ацетону та бутанолу переходить у кінетичну область, а характер процесу для толуолу зберігається. Максимальна швидкість каталітичного окислення досягається при температурі 400 °C. За цих умов досягається максимальна швидкість конверсії: для етанолу – 97.1 %, для ацетону – 99.2 %, для бутанолу – 90 %, для толуолу – 95.7 %.