Recent Progresses on the Synthesis of Zeolites from the Industrial Solid Wastes

doi:10.7503/cjcu20200362

Abstract

Abstract:

Thisreview summarizes the latest progresses on the synthesis of zeolites using industrial solid wastes as raw materials. The industrial solid wastes include fly ash， perlite waste， coal gangue， spent FCC ca-talyst， lithium slag， bauxite residue， waste porcelain and glass. The zeolites crystallized from these industrial sold wastes are LTA， FAU， MFI， CHA， GIS， SOD， ANA and KFI. The key in the pretreatment of each solid waste was presented. Finally， the trend and challenges in the synthesis of zeolites using the industrial solid wasteswere discussed.

Key words: Zeolites, Molecular sieve, Industrial solid waste, Fly ash, Bauxite residue

CLC Number:

O611.4

TrendMD:

WANG Binyu, LI Li, LI Jing, JIN Keyan, ZHANG Shaoqing, ZHANG Jianan, YAN Wenfu. Recent Progresses on the Synthesis of Zeolites from the Industrial Solid Wastes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(1): 40.

Figures/Tables 8

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Raw material	Elemental composition(%, mass fraction)						Crystal phase	Ref.
Fly ash	Al₂O₃	SiO₂	CaO	Fe₂O₃	K₂O	MgO	Mullite, quartz	[23]
	(40.26)	(48.97)	(2.29)	(3.07)	(0.49)	(0.4)
	MnO	Na₂O	P₂O₅	SO₃	TiO₂	LOI
	(0.02)	(0.11)	(0.3)	(0.27)	(1.52)	(2.26)
Perlite industrial waste	O	Si	Al	K	Na	Fe	Mica, quartz, feldspars	[24]
	(71.79)	(19.60)	(4.24)	(2.17)	(1.26)	(0.40)
	Ca	Mg
	(0.39)	(0.17)
Coal gangue	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Kaolinite	[25]
	(33.50)	(0.74)	(27.96)	(1.68)	(0.48)	(1.11)
	Na₂O	K₂O	H₂O	P₂O₅	MnO	LOI
	(0.17)	(0.35)	(0.43)	(0.079)	(0.02)	(34.24)
Spent FCC catalyst	SiO₂	Al₂O₃	NaO₂	Fe₂O₃	TiO₂	La₂O₃	FAU(Y)	[26]
	(49.5)	(45.1)	(1.4)	(1.7)	(1.0)	(0.5)
	P₂O₅	Other
	(0.5)	(0.2)
Lithium slag	SiO₂	Al₂O₃	SO₃	CaO	Fe₂O₃	K₂O	Quartz, spodumene	[27]
	(71.73)	(25.16)	(1.58)	(0.21)	(0.58)	(0.38)
	Na₂O	TiO₂
	(0.06)	(0.03)
Bauxite residue	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	K₂O	Gibbsite, calcite, hematite	[28]
	(4.03)	(0.21)	(11.46)	(7.89)	(0.09)	(0.45)
	CaO	TiO₂	MnO	Fe₂O
	(3.53)	(4.82)	(0.21)	(36.8)
Waste porcelain	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	Fe₂O₃	CaO	Mullite, quartz, trydimite	[29]
	(65.1)	(23.0)	(4.40)	(1.89)	(1.80)	(1.26)
	TiO₂	ZrO₂	MgO	P₂O₅	ZnO	BaO
	(0.88)	(0.87)	(0.133)	(0.096)	(0.227)	(0.133)
Waste glass	SiO₂	CaO	Fe₂O₃	Na₂O	MgO	Bi₂O₃	Amorphous	[30]
	(66.1)	(24.9)	(2.4)	(1.7)	(1.2)	(0.5)
	Al₂O₃	K₂O	TiO₂
	(1.1)	(0.9)	(0.3)

Raw material	Elemental composition(%, mass fraction)						Crystal phase	Ref.
Fly ash	Al₂O₃	SiO₂	CaO	Fe₂O₃	K₂O	MgO	Mullite, quartz	[23]
	(40.26)	(48.97)	(2.29)	(3.07)	(0.49)	(0.4)
	MnO	Na₂O	P₂O₅	SO₃	TiO₂	LOI
	(0.02)	(0.11)	(0.3)	(0.27)	(1.52)	(2.26)
Perlite industrial waste	O	Si	Al	K	Na	Fe	Mica, quartz, feldspars	[24]
	(71.79)	(19.60)	(4.24)	(2.17)	(1.26)	(0.40)
	Ca	Mg
	(0.39)	(0.17)
Coal gangue	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Kaolinite	[25]
	(33.50)	(0.74)	(27.96)	(1.68)	(0.48)	(1.11)
	Na₂O	K₂O	H₂O	P₂O₅	MnO	LOI
	(0.17)	(0.35)	(0.43)	(0.079)	(0.02)	(34.24)
Spent FCC catalyst	SiO₂	Al₂O₃	NaO₂	Fe₂O₃	TiO₂	La₂O₃	FAU(Y)	[26]
	(49.5)	(45.1)	(1.4)	(1.7)	(1.0)	(0.5)
	P₂O₅	Other
	(0.5)	(0.2)
Lithium slag	SiO₂	Al₂O₃	SO₃	CaO	Fe₂O₃	K₂O	Quartz, spodumene	[27]
	(71.73)	(25.16)	(1.58)	(0.21)	(0.58)	(0.38)
	Na₂O	TiO₂
	(0.06)	(0.03)
Bauxite residue	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	K₂O	Gibbsite, calcite, hematite	[28]
	(4.03)	(0.21)	(11.46)	(7.89)	(0.09)	(0.45)
	CaO	TiO₂	MnO	Fe₂O
	(3.53)	(4.82)	(0.21)	(36.8)
Waste porcelain	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	Fe₂O₃	CaO	Mullite, quartz, trydimite	[29]
	(65.1)	(23.0)	(4.40)	(1.89)	(1.80)	(1.26)
	TiO₂	ZrO₂	MgO	P₂O₅	ZnO	BaO
	(0.88)	(0.87)	(0.133)	(0.096)	(0.227)	(0.133)
Waste glass	SiO₂	CaO	Fe₂O₃	Na₂O	MgO	Bi₂O₃	Amorphous	[30]
	(66.1)	(24.9)	(2.4)	(1.7)	(1.2)	(0.5)
	Al₂O₃	K₂O	TiO₂
	(1.1)	(0.9)	(0.3)

Raw material	Pre?treatment method	Crystallization method	Main product	Crystal size/μm	Ref.
Fly ash	NaOH solution pretreatment	Microwave hydrothermal	LTA	2—5	[35]
		crystallization
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	8—10	[23]
	Alkali fusion	Ultrasonic hydrothermal	FAU(X)	0.5	[36]
		crystallization
	Alkali fusion(Na₂CO₃), acid leaching	Hydrothermal crystallization	GIS	2.84—5.82	[39]
	Roasting, alkali fusion, acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	2—3	[44]
	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	5—8	[46]
	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	0.4—0.5	[47]
	Alkali fusion(KOH)	Hydrothermal crystallization	CHA	4—8	[48]
	Alkali fusion(KOH)	Hydrothermal crystallization	CHA	5—8	[49]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(Y)	7—8	[50]
Perlite industrial waste	No treatment	Hydrothermal crystallization	Zeolite?Pc	1	[53]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	10—25	[54]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	1	[55]
Coal gangue	Roasting, alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	1.7	[25]
	Roasting	Hydrothermal crystallization	LTA	1—1.5	[59]
	Roasting	Hydrothermal crystallization	LTA	1.5	[60]
	Roasting	Hydrothermal crystallization	LTA	1.5—2	[61]
	Roasting, alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	2.5—3	[62]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	12—17	[65]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	CHA	2—7	[66]
	No treatment	Ultrasonic hydrothermal	CHA	1.5—7	[67]
		crystallization
	Roasting, acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	2—4	[68]
Spent FCC catalyst	Alkali fusion(Na₂CO₃)	Hydrothermal crystallization	LTA	2	[26]
	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	LTA	1—2.5	[74]
	Ball milling	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	1	[75]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(Y)	0.2	[77]
	Ammonium sulfate activation method,	Hydrothermal crystallization	FAU(Y)	0.4—1.2	[78]
	acid leaching
	Microwave acid treatment	Microwave hydrothermal	FAU(Y)	0.1—0.3	[79]
		crystallization
Lithium slag	No treatment	Dynamic hydrothermal	SOD	20	[83]
		crystallization
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	1—3	[27]
Bauxite residue	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	0.2—1	[28]
	Acid leaching, alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	5—10	[88]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	2—5	[90]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	1—2	[89]
	Alkali fusion, acid leaching	Hydrothermal crystallization	LTA	1—10	[91]
Waste porcelain	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	EMT	0.3—1	[29]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU	0.5	[99]
	Alkaline Liquor	Hydrothermal crystallization	LTA	2—4	[98]
Waste glass	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	LTA	2—3	[103]
	NaOH solution pretreatment,	Hydrothermal crystallization	LTA	2—5	[104]
	Sodium sulfide treatment
	Roasting	Hydrothermal crystallization	GIS	2—5	[105]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	ANA	5—10	[108]

Raw material	Pre?treatment method	Crystallization method	Main product	Crystal size/μm	Ref.
Fly ash	NaOH solution pretreatment	Microwave hydrothermal	LTA	2—5	[35]
		crystallization
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	8—10	[23]
	Alkali fusion	Ultrasonic hydrothermal	FAU(X)	0.5	[36]
		crystallization
	Alkali fusion(Na₂CO₃), acid leaching	Hydrothermal crystallization	GIS	2.84—5.82	[39]
	Roasting, alkali fusion, acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	2—3	[44]
	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	5—8	[46]
	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	0.4—0.5	[47]
	Alkali fusion(KOH)	Hydrothermal crystallization	CHA	4—8	[48]
	Alkali fusion(KOH)	Hydrothermal crystallization	CHA	5—8	[49]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(Y)	7—8	[50]
Perlite industrial waste	No treatment	Hydrothermal crystallization	Zeolite?Pc	1	[53]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	10—25	[54]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	1	[55]
Coal gangue	Roasting, alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	1.7	[25]
	Roasting	Hydrothermal crystallization	LTA	1—1.5	[59]
	Roasting	Hydrothermal crystallization	LTA	1.5	[60]
	Roasting	Hydrothermal crystallization	LTA	1.5—2	[61]
	Roasting, alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	2.5—3	[62]
	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	12—17	[65]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	CHA	2—7	[66]
	No treatment	Ultrasonic hydrothermal	CHA	1.5—7	[67]
		crystallization
	Roasting, acid leaching	Hydrothermal crystallization	ZSM?5	2—4	[68]
Spent FCC catalyst	Alkali fusion(Na₂CO₃)	Hydrothermal crystallization	LTA	2	[26]
	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	LTA	1—2.5	[74]
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	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(Y)	0.2	[77]
	Ammonium sulfate activation method,	Hydrothermal crystallization	FAU(Y)	0.4—1.2	[78]
	acid leaching
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		crystallization
Lithium slag	No treatment	Dynamic hydrothermal	SOD	20	[83]
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	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	FAU(X)	1—3	[27]
Bauxite residue	Alkali fusion	Hydrothermal crystallization	LTA	0.2—1	[28]
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	Alkali fusion, acid leaching	Hydrothermal crystallization	LTA	1—10	[91]
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Waste glass	Acid leaching	Hydrothermal crystallization	LTA	2—3	[103]
	NaOH solution pretreatment,	Hydrothermal crystallization	LTA	2—5	[104]
	Sodium sulfide treatment
	Roasting	Hydrothermal crystallization	GIS	2—5	[105]
	No treatment	Hydrothermal crystallization	ANA	5—10	[108]

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