Μελέτη της προσροφητικής ικανότητας ελληνικού μπεντονίτη
Authors: Λεοντόπουλος Χαράλαμπος 
Published: January 2014

Το περιβαλλοντικό πρόβλημα της πρόκλησης διαταραχών στο υδάτινο οικολογικό σύστημα από την παρουσία τοξικών ενώσεων, όπως οι χουμικές ενώσεις και τα χρώματα, είναι σημαντικό και σύνηθες και απαιτεί αποτελεσματικές μεθόδους για την επίλυσή του. Μια από τις βασικές διεργασίες απομάκρυνσης των ρυπογόνων ουσιών είναι η προσρόφηση σε διάφορους τύπους ενεργού άνθρακα, η οποία έχει μελετηθεί ευρύτατα με πλήθος εφαρμογών σε εγκαταστάσεις καθαρισμού. Ο μπεντονίτης αποτελεί εναλλακτικό προσροφητικό μέσο του ενεργού άνθρακα. Καθώς η Ελλάδα αποτελεί μια χώρα με υψηλή παραγωγή σε μπεντονίτη και η προσροφητική του συμπεριφορά έχει ερευνηθεί σε περιορισμένο βαθμό, είναι προφανής και αναγκαία η διεξοδική διερεύνηση της προσροφητικής του ικανότητας, τόσο σε ερευνητικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο πρακτικών εφαρμογών. Αντικείμενο της Διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη του ελληνικού μπεντονίτη ως προσροφητικού μέσου χουμικού οξέος και χρωμάτων (methyl orange, methylene blue), μεμονωμένων ή σε ανταγωνισμό, από υδατικά διαλύματα. Η εξέταση της προσρόφησης σε μπεντονίτη περιλαμβάνει την προκατεργασία του, το χαρακτηρισμό του και τη μελέτη της προσροφητικής ικανότητας του ενεργοποιημένου μπεντονίτη και των παραγόντων που την επηρεάζουν. Η προκατεργασία αφορά στην ενεργοποίησή του μπεντονίτη με ανόργανα οξέα (H2SO4, HCl). Εξετάσθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης του οξέος στην προσροφητική ικανότητα του μπεντονίτη και διαπιστώθηκε ότι η επεξεργασία με H2SO4 είναι αποτελεσματικότερη από ότι η αντίστοιχη με HCl. Η κυρίως μελέτη της προσρόφησης περιλαμβάνει την κινητική, την ισορροπία και τη θερμοδυναμική της απομάκρυνσης του χουμικού οξέος ή των χρωμάτων από απλά διαλύματα και την ταυτόχρονη προσρόφηση του χουμικού οξέος και του methyl orange από δυαδικά διαλύματα σε όξινα ενεργοποιημένο μπεντονίτη. Επίσης, εξετάζεται η επίδραση παραγόντων όπως το pH και η ιοντική ισχύς στην αποτελεσματικότητα της προσρόφησης. Ο χαρακτηρισμός του μπεντονίτη πριν και μετά την ενεργοποίηση αλλά και μετά την προσρόφηση, ο οποίος βασίζεται στις τεχνικές XRD, FTIR, BET, SEM/EDS και στη μέθοδο προσρόφησης του methylene blue, συμβάλει στη συσχέτιση της δομής του με την προσροφητική του συμπεριφορά. Εκτιμώνται τα βασικά μεγέθη της κινητικής, της ισορροπίας και της θερμοδυναμικής και προσεγγίζονται οι μηχανισμοί ρόφησης των εξετασθέντων οργανικών μορίων στον μπεντονίτη. Η μαθηματική προσομοίωση των αποτελεσμάτων της προσρόφησης γίνεται με τη γραμμική και μη γραμμική προσαρμογή σε μοντέλα, όπως οι εξισώσεις ψευδο-πρώτης τάξης (Lagergren), ψευδο-δεύτερης τάξης, Elovich, και το μοντέλο ενδο-σωματιδιακής διάχυσης (Intra-particle diffusion) για την κινητική και Langmuir, Freundlich, Temkin, Redlich-Peterson και Toth για την ισορροπία. Στην περίπτωση της ταυτόχρονης προσρόφησης χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα: Non-modified competitive Langmuir, Modified Langmuir, Extended Langmuir, Extended Freundlich και SRS. Για την αξιολόγηση της επάρκειας των μοντέλων υπολογίστηκαν τα στατιστικά μεγέθη: συντελεστής προσαρμοστικότητας r2, πρότυπος συντελεστής απόκλισης S.D. (Standard Deviation), άθροισμα SSE (Sum of Squared Errors) και MPSD (Marquardt’s Percent Standard Deviation).