title: Μελέτη της συμμεταφοράς του πολυμερούς nanochitosan παρουσία του εντομοκτόνου difenoconazole σε πορώδες μέσα υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες
title: Study of nanochitosan polymer co-transport in the presence of the insecticide difenoconazole in porous media under static and dynamic conditions
Creators: name: Καρδαμακη Ελενη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν δημιουργηθεί ποικίλα προβλήματα σε ολόκληρο τον κόσμο τα οποία καλούνται το περιβάλλον και το οικοσύστημα να αντιμετωπίσουν. ‘Ενα από τα βασικότερα προβλήματα που κυριαρχεί στην σημερινή εποχή είναι η ρύπανση των επιφανειακών και των υπόγειων υδάτων. Οι ανάγκες για καθαρό και πόσιμο νερό αυξάνονται συνεχώς, καθώς αυξάνεται ταυτόχρονα με την ραγδαία αύξηση του πληθυσμού της Γης, όπου τα ύδατα είναι απαραίτητα. Ταυτόχρονα όμως με την ανάγκη αυτή, αυξάνεται και η ρύπανση των υδάτων από διάφορους εσωτερικούς και εξωτερικούς παράγοντες. Επομένως, τα αποθέματα καθαρού νερού που εμφανίζονται πλέον στη Γη μειώνονται συνεχώς εξαιτίας της ρύπανσης αυτής. Έτσι, είναι σημαντικό να αναπτύσσονται συνεχώς νέες τεχνολογίες οι οποίες βοηθάνε στον καθαρισμό των υδάτων αυτών. Οι περισσότερες όμως από τις τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί είναι ανεπαρκείς ώστε να απομακρυνθούν φυτοφάρμακα και άλλες ουσίες από καλλιεργήσιμες εκτάσεις, ενώ στη συνέχεια οδηγούνται στο υπέδαφος μέσα από τα ύδατα. Είναι σημαντικό λοιπόν, να χρησιμοποιηθεί ένα πολύ-λειτουργικό σκεύασμα με στόχο να ανακουφίσει και να μειώσει την συγκέντρωση των φυτοφαρμάκων στο περιβάλλον και στους υδάτινους πόρους και έτσι την ρύπανση τους. Για την μείωση των φυτοφαρμάκων έχει δοθεί μεγάλο ενδιαφέρον στα πολυμερή. Στην κατηγορία των πολυμερών ανήκει το Chitosan και η δράση του έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ποικίλους τομείς της επιστήμης. Οι ιδιαίτερες ιδιότητες που διαθέτει, φυσικοχημικές, βιολογικές, οικολογικές και υψηλές ιδιότητες απορρόφησης, αιτιολογούν την διαδεδομένη χρήση του chitosan σε πολλές διεργασίες. Το πολυμερές αυτό ανήκει στην κατηγορία των υδρόφοβων εντομοκτόνων που ανήκουν στα πυρεθροειδή και εμφανίζεται συχνά στον τομέα της γεωργίας καθώς έχει αρκετά μεγάλες αποδόσεις. Παρ’ολ’αυτά η χρήση του μπορεί να προκαλέσει μικρή τοξικότητα σε άλλες οχλήσεις που εμφανίζονται στο περιβάλλον. Η χρήση των φυτοφαρμάκων στο περιβάλλον αυξάνεται συνεχώς, καθώς όμως και οι επιπτώσεις που προκαλούν στο έδαφος και στο νερό. Επομένως, συνεχίζεται ακόμα η μελέτη μηχανισμών που έχουν ως στόχο την μείωση των προβλημάτων αυτών και κατά κύριο λόγο την μείωση της ρύπανσης. Μια βασική τεχνολογία είναι η προσρόφηση η οποία απομακρύνει τους ρύπους και τα φυτοφάρμακα. Η προσρόφηση είναι αποτέλεσμα ελκτικών δυνάμεων και ασκούνται είτε μεταξύ των ρύπων και της επιφάνειας των στερεών είτε του προσροφητή. Πρόκειται για μία διαδικασία η οποία είναι πιθανό να παράγει λίγους η καθόλου τοξικούς ρύπους. Έτσι, σε σχέση με άλλες φυσικές, χημικές και βιολογικές μεθόδους είναι η πιο διαδεδομένη και χρησιμοποιείται περισσότερο. Στο πείραμα που πραγματοποιήθηκε εξετάστηκε η δυνατότητα της προσρόφησης του Chitosan σε σχέση με το Difenoconazole διαμέσου πορώδους μέσου. Η συγκεκριμένη διεργασία αποτελεί μία καινοτόμα εναλλακτική λύση ως προς την εξυγίανση του περιβάλλοντος, καθώς εξηγείται και η συμμεταφορά του ρύπου στο υπέδαφος. Για να πραγματοποιηθεί η σωστή διαδικασία του πειράματος και να γίνει η εξαγωγή των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν, πραγματοποιήθηκαν τρείς σειρές πειραμάτων. Αρχικά, τα πρώτα πειράματα που έλαβαν χώρα ήταν τα πειράματα Διαλείποντος Έργου (Batch), τα οποία εφαρμόστηκαν τόσο σε στατικές όσο και σε δυναμικές συνθήκες προκειμένου να πραγματοποιηθεί η μελέτη της αλληλεπίδρασης του Chitosan με το Difenoconazole. Στην συνέχεια με την ίδια διαδικασία που ακολουθήθηκε για τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν παραπάνω, έγινε και η δεύτερη σειρά πειραμάτων με την προσθήκη χαλαζιακής άμμου. Τα πειράματα αυτά της δεύτερης σειράς με την χρήση της χαλαζιακής άμμου είχαν ως στόχο να παρομοιάσουν το έδαφος στο πείραμα. Για να διεξαχθούν οι δύο αυτές σειρές πειραμάτων έγιναν αρκετές αλλαγές παραμέτρων ώστε να προσομοιαστεί ένα εύρος συνδυασμών που συναντάται στη φύση. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις συγκεντρώσεις του Difenoconzole σε διαφορετικά πειράματα (15μL, 30μL, 60μL, 120μL), όπου και στα τέσσερα πειράματα η συγκέντρωση του Chitosan ήταν 0.015g και το pH του ρυθμισμένο στο 6.5. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα στα οποία έγινε διαφοροποίηση του pH (4, 8). Επίσης προστέθηκαν 15μL Difenoconazole και 0.015g Chitosan. Επομένως, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με διαφορετικό pH ήταν τρία καθώς είχε πραγματοποιηθεί το ίδιο πείραμα με pH 6.5. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν αλλαγές και στην ιοντική ισχύ (1mM, 50mM, 100mM) και χρησιμοποιήθηκαν 15μL Difenoconazole και 0.015g Chitosan ενώ το pH έμεινε σταθερό 6.5. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκαν τα ίδια στατικά και δυναμικά πειράματα με την προσθήκη χαλαζιακής άμμου, υλικό που προσομοιάζει σε μεγάλο μέρος του εδαφικού στρώματος. Από τα πειράματα αυτά βρέθηκαν με την χρήση του φασματοφοτόμετρου δεδομένα σχετικά με την απορρόφηση ώστε να πραγματοποιηθεί σύγκριση των παραμέτρων. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν και τέσσερα πειράματα Πληρωμένης Στήλης, η οποία βρισκόταν σε συνθήκες κορεσμού. Τα πειράματα αυτά είχαν ως στόχο να πραγματοποιηθεί μία μελέτη σχετικά με την επίδραση της χαλαζιακής άμμου και την ταχύτητα του νερού των πόρων στην μεταφορά του Difenoconazole και του Chitosan. Πραγματοποιήθηκαν ένα πείραμα ξεχωριστά για το κάθε υλικό καθώς και ένα που περιείχε και τα δύο υλικά μαζί. Το πείραμα που απαρτιζόταν και από τα δύο υλικά είχε καλύτερο αποτέλεσμα. Ένα αποτέλεσμα που δείχνει πόσο σημαντικός είναι ο ρόλος του πολυμερές Chitosan ως προσροφητή του εντομοκτόνου. Τέλος, τα πειραματικά δεδομένα τοποθετήθηκαν στο λογισμικό ColloidFit ώστε να προσομοιαστούν με το κινητικό μοντέλο προσρόφησης ψευδο-δεύτερης τάξης και στην συνέχεια τοποθετήθηκαν στο Igor Pro ώστε να κατασκευαστούν τα διαγράμματα.
description: In recent decades, a variety of problems have been created around the world that the environment and the ecosystem have to deal with. One of the main problems that dominates today is the pollution of surface and groundwater. The needs for clean and potable water is constantly increasing as it grows in tandem with the rapid increase of the Earth's population, where water is essential. But at the same time with this need, water pollution from various internal and external factors is also increasing. Therefore, the supplies of clean water that exist now on Earth are constantly decreasing due to this pollution. Thus, it is important to constantly develop new technologies to assist in the purification of these waters. However, most of the technologies that have been developed are insufficient to remove pesticides and other substances from arable land, and these substances are then carried underground through the water. It is therefore important to use a multi-functional formulation to alleviate and reduce the concentration of pesticides in the environment and water resources and thus their pollution. For the reduction of pesticides, a great deal of interest has been given to polymers. Chitosan belongs to the class of polymers and its action is of particular importance as it can be used in various fields of science. Its special properties, pHysicochemical, biological, ecological and high absorption properties can justify the widespread use of chitosan in many processes. This polymer belongs to the class of hydropHobic insecticides belonging to the pyrethroids and is frequently used in the agricultural sector as it has quite high effectiveness. However, its use may cause slight toxicity to other nuisances occurring in the environment. The use of pesticides in the environment is constantly increasing, but so is the impact on soil and water. Therefore, research is still ongoing in the development of mechanisms to reduce these problems and, above all, to reduce pollution. One key technology is adsorption, which removes pollutants and pesticides. Adsorption is the result of attractive forces exerted either between the pollutants and the surface of the solids or the adsorbent. It is a process which is likely to produce little or no toxic pollutants. Thus, compared to other pHysical, chemical and biological methods, it is the most widespread and most widely used. The experiment carried out examined the possibility of adsorption of Chitosan to Difenoconazole through a porous medium. This process is an innovative alternative in terms of environmental remediation, as it also explains the transfer of the contaminant in the subsurface. In order to carry out the correct procedure of the experiment and to extract the data used, three series of experiments were carried out. Initially, the first experiments that took place were the Intermittent Batch experiments, which were applied under both static and dynamic conditions to study the interaction of Chitosan with Difenoconazole. Subsequently, using the same procedure followed for the experiments conducted above, the second set of experiments was performed with the addition of quartz sand. These second series experiments using quartz sand were designed to simulate the soil in the experiment. To conduct these two sets of experiments, several parameter changes were made to simulate a range of combinations found in nature. In particular, four concentrations of Difenoconzole were used in dosing experiments (15μL, 30μL, 60μL, 120μL), where in all four experiments the concentration of Chitosan was 0.015g and its pH was adjusted to 6.5. Two experiments were then performed in which the pH was varied (4, 8). Also 15μL of Difenoconazole and 0.015g of Chitosan were added. Therefore, there were three experiments performed at different pH as the same experiment was performed at pH 6.5. Finally, changes in ionic strength (1mM, 50mM, 100mM) were also performed and 15μL Difenoconazole and 0.015g Chitosan were used while the pH was kept constant at 6.5. Then the same static and dynamic experiments were performed with the addition of quartz sand, a material that simulates large part of the soil layer. From these experiments, data on absorption were found using spectropHotometer in order to compare the parameters. Finally, four full column experiments in saturation conditions were also carried out. These experiments were aimed to perform a study on the effect of quartz sand and pore water velocity on the transport of Difenoconazole and Chitosan. An experiment was conducted separately for each material as well as one containing both materials together. The experiment consisting of both materials had a better result. A result that shows how important the role of the Chitosan polymer as an adsorbent of the insecticide is. Finally, the experimental data were placed in ColloidFit software to simulate the pseudo-second order adsorption kinetic model and then placed in Igor Pro to construct the diagrams.