Synthesis of geopolymer from spent FCC: Effect of SiO2/Al2O3 and Na2O/SiO2 molar ratios

Abstract

This paper assesses the feasibility of using a spent fluid catalytic cracking catalyst (SFCC) as precursor for the production of geopolymers. The mechanical and structural characterization of alkaliactivated SFCC binders formulated with different overall (activator + solid precursor) SiO2/Al2O3 and Na2O/ SiO2 molar ratios are reported. Formation of an aluminosilicate ‘geopolymer’ gel is observed under all conditions of activation used, along with formation of zeolites. Increased SiO2/Al2O3 induces the formation of geopolymers with reduced mechanical strength, for all the Na2O/SiO2 ratios assessed, which is associated with excess silicate species supplied by the activator. This is least significant at increased alkalinity conditions (higher Na2O/SiO2 ratios), as larger extents of reaction of the spent catalyst are achieved. SiO2/Al2O3 and Na2O/SiO2 ratios of 2.4 and 0.25, respectively, promote the highest compressive strength (67 MPa). This study elucidates the great potential of using SFCC as precursor to produce sustainable ceramic-like materials via alkali-activation.

Sintesis de geopolimero basado en un catalizador gastado de craqueo catalitico (FCC): Efecto de las relaciones molares SiO2/Al2O3 y Na2O/SiO2. Este artículo estudia la factibilidad de usar un catalizador gastado del proceso de craqueo (SFCC) para la producción de geopolímeros. Se evalúan las características mecánicas y estructurales de los geopolímeros producidos con diferentes relaciones molares (activador + precursor solido) de SiO2/Al2O3 y Na2O/SiO2. La formación de un gel geopolimérico de tipo aluminosilicato se observa a las diferentes condiciones evaluadas, así como la formación de zeolitas. Un incremento en la relación SiO2/Al2O3 genera geopolímeros de baja resistencia mecánica, a las diferentes relaciones molares Na2O/SiO2 evaluadas, como consecuencia del exceso de especies silicato provenientes del activador. Este efecto es menos significativo al incrementar las condiciones de alcalinidad (mayores relaciones Na2O/SiO2), ya que un mayor grado de reacción del catalizador gastado es alcanzado. Las relaciones SiO2/Al2O3 y Na2O/SiO2 de 2.4 and 0.25, respectivamente, promueven la mayor Resistencia a la compresión (67 MPa). Este estudio muestra el gran potencial de uso del SFCC como precursor en materiales cerámicos obtenidos por activación alcalina.