Comparative study on the hydration behavior of calcium oxide derived from eggshell waste: Influence of procedure and hydration agent Vergleichende Untersuchung des Hydratationsverhaltens von Calciumoxid aus Eierschalenabfällen: Einfluss von Verfahren und Hydratisierungsmittel

Abstract

In this study, calcium oxide was synthesized from waste eggshells and subsequently converted to calcium hydroxide via two distinct methods: hydrothermal (H) and bubble (B) techniques. The influence of synthesis parameters including hydration method, type of hydration agent (pure water or ethanol-water mixture), temperature range (150 °C-230 °C), and solid-to-liquid ratio on the physicochemical properties of the resulting calcium hydroxide was systematically investigated. Comprehensive characterization was conducted to evaluate structural, morphological, and surface characteristics. The bubble method yielded smaller crystallites, while lower hydrothermal temperatures were found to favor porosity and enhanced surface area. According to X-ray Diffraction patterns, the sample labeled 230H04 (10 mL) exhibited the largest crystallite size (59.50 nm), whereas 230B31 demonstrated the highest surface area (31.14 m²/g) and 150H31 the greatest pore volume (0.19 cm³/g). These findings highlight the critical role of synthesis route selection in tailoring the physicochemical properties of calcium hydroxide to meet specific application requirements.

In dieser Studie wurde Calciumoxid aus Eierschalenabfällen synthetisiert und anschließend mittels zweier unterschiedlicher Verfahren (hydrothermale Behandlung (H) und durch Gasblasenbildung (B)) in Calciumhydroxid umgewandelt. Systematisch untersucht wurden die Auswirkungen verschiedener Syntheseparameter, einschließlich der Hydratisierungsmethode, der Zusammensetzung des Hydratisierungsmittels (reines Wasser oder Ethanol-Wasser-Gemisch), des Temperaturbereichs (150 °C-230 °C) sowie des Fest-Flüssig-Verhältnisses auf die physikochemischen Eigenschaften des resultierenden Calciumhydroxids. Es wurde eine umfassende Charakterisierung durchgeführt, um die strukturellen, morphologischen und Oberflächeneigenschaften zu bewerten. Die Synthese mittels Durchleiten von CO₂ (eng. bubbling) führte zu kleineren Kristalliten, während niedrigere hydrothermale Temperaturen eine höhere Porosität und eine vergrößerte Oberfläche hervorrufen. Die Röntgen-Diffraktometrie der Probe mit der Bezeichnung 230H04 (10 ml) zeigt die größte Kristallgröße (59,50 nm), während 230B31 die höchste spezifische Oberfläche (31,14 m²/g) und 150H31 das größte Porenvolumen (0,19 cm³/g) erreichte. Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle der Wahl des Synthesewegs bei der Anpassung der physikochemischen Eigenschaften von Calciumhydroxid an spezifische Anwendungsanforderungen.