Απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου από υδατικά διαλύματα με χρήση τροποποιημένων φυσικών ορυκτών
Authors: Θάνος Αθανάσιος 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιείται διερεύνηση τηςδυνατότητας απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου από τα υδατικάδιαλύματα με χρήση φυσικών αργιλοπυριτικών ορυκτών, τα οποία έχουναρχικά υποβληθεί σε κατάλληλη επεξεργασία – τροποποίηση, ούτως ώστενα αποκτήσουν τη δυνατότητα δέσμευσης ανιονικών ομάδων. Τα ορυκτάπου χρησιμοποιήθηκαν, ήταν ο ζεόλιθος, ο βερμικουλίτης, ομπεντονίτης, ο ατταπουλγίτης και ο περλίτης. Συνολικά εξετάστηκαντρεις διαφορετικές τεχνικές τροποποίησης των ορυκτών και μετέπειταδέσμευσης του Cr(VI), ήτοι η τεχνική της οργανικής τροποποίησης μετην ένωση HDTMA‐Br και οι τεχνικές τροποποίησης με κατιόντα μολύβδου(Pb2+) και νανοσωματίδια σιδήρου μηδενικού σθένους Fe(0), αντίστοιχα.Ο χαρακτηρισμός των φυσικών και τροποποιημένων ορυκτώνπραγματοποιήθηκε, ανά περίπτωση, μέσω των μεθόδων XRD, XRF, FTIR,SEM‐EDX, TOC, ζ‐potential, zetasizer και συνέβαλε κυρίως στηνεπικύρωση της τροποποίησής τους.Στην τεχνολογία της οργανικής τροποποίησης, τα ορυκτά τροποποιήθηκανμέσω της οργανικής ένωσης hexadecyltrimethylammonium bromide (HDTMABr)και η τελική δέσμευση των χρωμικών πραγματοποιήθηκε μέσωεναλλαγής αυτών και των ανιόντων βρωμίου. Οι παράμετροι πουεξετάστηκαν ήταν η συγκέντρωση του HDTMA‐Br, το pH διεξαγωγής τηςδιεργασίας τροποποίησης, το pH της διεργασίας προσρόφησης τουCr(VI), ο διαφορετικός τύπος του κάθε ορυκτού και η συγκέντρωσή τουστο διάλυμα προσρόφησης, ο χρόνος επαφής μεταξύ ορυκτού καιμετάλλου, η αρχική συγκέντρωση του εξασθενούς χρωμίου και ο χρόνοςισορροπίας του συστήματος αναφορικά με την προσρόφηση των χρωμικών.Το υψηλότερο ποσοστό δέσμευσης χρωμικών σημειώθηκε για το μπεντονίτηκαι αντιστοιχεί περίπου στο 96%. Το βέλτιστο pH προσρόφησης τωνχρωμικών ήταν το 4, σε όλες τις εξεταζόμενες περιπτώσεις. Η εξέτασητης κινητικής έδειξε ταχεία προσρόφηση του Cr(VI) κατά τα αρχικάστάδια της διεργασίας και προσέγγιση ισορροπίας έπειτα από 150 με210 min, ανάλογα με το ορυκτό. Το μοντέλο κινητικής της δεύτερηςτάξης πραγματοποίησε τη βέλτιστη προσαρμογή στα πειραματικάδεδομένα, στην περίπτωση του ζεολίθου, του βερμικουλίτη και τουμπεντονίτη, ενώ το μοντέλο Elovich βρέθηκε καταλληλότερο για τονατταπουλγίτη. Επίσης, η βέλτιστη μοντελοποίηση των πειραματικώνδεδομένων ισορροπίας ρόφησης πραγματοποιήθηκε με το μοντέλο τουLangmuir, για το ζεόλιθο, το βερμικουλίτη και το μπεντονίτη, ενώ τομοντέλο του Freundlich αποδείχθηκε πιο αντιπροσωπευτικό για τηνπερίπτωση του ατταπουλγίτη.Η δέσμευση των χρωμικών μέσω τροποποιημένων με Pb2+ φυσικών ορυκτών,οφείλεται στο σχηματισμό χρωμικού μολύβδου στην επιφάνεια τωνορυκτών. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν στην τεχνολογία αυτή, ήταν τοpH, η συγκέντρωση του ορυκτού και ο χρόνος επαφής κατά τη διεργασίατροποποίησης, ενώ κατά τη διεργασία προσρόφησης των χρωμικώνμελετήθηκε η συγκέντρωση του τροποποιημένου ορυκτού, ο χρόνοςεπαφής, η αρχική συγκέντρωση του μετάλλου, καθώς και ο χρόνοςισορροπίας του συστήματος. Ο ζεόλιθος και ο βερμικουλίτης έδειξανπαραπλήσια απόδοση και υψηλότερη συγκριτικά με τα υπόλοιπα ορυκτά,με το αντίστοιχο ποσοστό απομάκρυνσης Cr(VI) να ανέρχεται σε περίπου2491‐99%, ενώ ο χρόνος προσέγγισης της ισορροπίας κυμάνθηκε στα 100λεπτά. Το μοντέλο του Elovich βρέθηκε καταλληλότερο ως προς τημοντελοποίηση της διεργασίας κινητικής, ενώ το μοντέλο του Langmuirως προς τη μοντελοποίηση των ισόθερμων προσρόφησης.Η δέσμευση του Cr(VI) στα τροποποιημένα με νανοσωματίδια σιδήρουμηδενικού σθένους φυσικά ορυκτά (Fe0‐minerals), πραγματοποιείται μέσωαναγωγής του σε Cr(III) και επακόλουθης καταβύθισης του Cr(III) καιτου Fe(III) με τη μορφή υδροξειδίων. Το pH αποτέλεσε καθοριστικόπαράγοντα της διαδικασίας τροποποίησης των ορυκτών και το βέλτιστοβρέθηκε ίσο με 4. Ο μπεντονίτης παρουσίασε τη μεγαλύτερηδραστικότητα σε ατμοσφαιρικές συνθήκες και συνεπώς τη βέλτιστηαπόδοση συγκριτικά με τα υπόλοιπα ορυκτά, λόγω διατήρησης της δομήςτου Fe(0), ενώ η αντίστοιχη απομάκρυνση του Cr(VI) ανήλθε στο 100%.Από τη μελέτη των ανταγωνιστικών ιόντων, προκύπτει ότι τα ανθρακικάανιόντα καταγράφουν τη μεγαλύτερη ανταγωνιστικότητα ως προς ταχρωμικά, σε όλα τα οργανοϋλικά, με το αντίστοιχο ποσοστό προσρόφησηςαυτών να μειώνεται έως και 65% για την περίπτωση του ζεολίθου.Επίσης, η προσρόφηση των χρωμικών επηρεάζεται δραστικά με την αύξησητης ιοντικής ισχύος των νιτρικών ιόντων και το αντίστοιχο ποσοστόπροσρόφησης του Cr(VI) μειώνεται σε επίπεδα μικρότερα του 12%.Τέλος, από τη μελέτη αναγέννησης των οργανικά τροποποιημένωνορυκτών, συμπεραίνεται ότι ο μπεντονίτης εμφανίζει τη μεγαλύτερησταθερότητα και έπειτα από 14 κύκλους διατηρεί περίπου το 70% τηςαπόδοσής του ως προς την προσρόφηση του Cr(VI).