Ανάπτυξη νανοσύνθετων υδροξυ-οξειδίων σιδήρου-αναγωγικής φάσης για απομάκρυνση αντιμονίου από το νερό
Creators: name: Ασημακίδου, Θεοπούλα Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Πεντασθενές αντιμόνιο
Υδροξυ-οξείδια κασσιτέρου/σιδηρου
Επεξεργασία πόσιμου νερού
Pentavalent antimony
Iron/Tin oxy-hydroxides
Drinking water treatment

description: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός νανοσύνθετου υλικού που βασίζεται στη συνδυασμένη δράση μιας αναγωγικής και μιας προσροφητικής φάσης με στόχο την αποτελεσματική απομάκρυνση πεντασθενούς αντιμονίου Sb(V) στα επίπεδα συγκέντρωσης που ορίζει η νομοθεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το πόσιμο νερό (5 μg Sb/L). Συγκεκριμένα, εξετάστηκε η δυνατότητα σύνθεσης ενός συστήματος υδροξυ-οξειδίου του σιδήρου (FeOOH) με νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου ή υδροξυ-οξειδίου του κασσίτερου με μεθόδους διαδοχικής συγκαταβύθισης των αντίστοιχων αλάτων σε υδατικό περιβάλλον και κατάλληλη ρύθμιση του pH και του δυναμικού οξειδοαναγωγής. Τα νανοσύνθετα υλικά παρασκευάστηκαν σε διαφορετικές αναλογίες μεταξύ των δύο φάσεων με ποσοστό αναγωγικού από 0-100 %. Ο δομικός και χημικός χαρακτηρισμός των υλικών απέδειξε ότι στην πρώτη περίπτωση συνυπάρχει γ-FeOOH με νανοσωματίδια Fe3O4 ενώ στο δεύτερο σύστημα δημιουργείται γκαιτίτης (α-FeOOH) που συνυπάρχει με χλωριούχο υδροξυ-οξειδίου του κασσίτερου τύπου Sn3O(OH)2Cl2. Λόγω της παρουσίας Fe2+ και Sn2+ τόσο ο Fe3O4 όσο και το Sn3O(OH)2Cl2 συμβάλλουν στην εξασφάλιση ενός πολύ υψηλού αναγωγικού δυναμικού σε όλες τις περιπτώσεις. Από την αξιολόγηση της απόδοσης των νανοσύνθετων υλικών α-FeOOH/Fe3O4 και γ-FeOOH/Sn3O(OH)2Cl2 για δέσμευση Sb(V) φαίνεται ότι η συνεχής αύξηση του ποσοστού Fe3O4 ευνοεί τη βελτίωση της ικανότητας προσρόφησης ενώ με αύξηση του ποσοστού Sn3O(OH)2Cl2 παρατηρείται μια μέγιστη τιμή για περίπου 25 % και στη συνέχεια περιορίζεται σημαντικά. Για το σύστημα α-FeOOH/Fe3O4 η μέγιστη τιμή προσροφητικής ικανότητας για υπολειμματική συγκέντρωση 5 μg/L είναι 0,40 mg/g για 75 % Fe3O4 ωστόσο, επειδή ταυτόχρονα εμφανίζεται ραγδαία μείωση της απόδοσης απομάκρυνσης Sb(III) η βέλτιστη αναλογία επιλέγεται ανάμεσα στο 25-50 %. Αντίστοιχα, η ικανότητα απομάκρυνσης σε συγκέντρωση ίση με το όριο ποσιμότητας για το σύστημα γ-FeOOH/Sn3O(OH)2Cl2 φτάνει το 0,52 mg/g για ποσοστό 25 % αλλά σε μεγαλύτερες τιμές σχεδόν εκμηδενίζεται λόγω της αδυναμίας του Sn3O(OH)2Cl2 να συνεισφέρει και ως μέσο προσρόφησης όπως συμβαίνει στο Fe3O4. Η μελέτη των υλικών μετά τη χρήση τους για απομάκρυνση Sb(V) με φασματοσκοπία XPS υποδεικνύει την ενδιάμεση αναγωγή του Sb(V) προς Sb(III) και εν συνεχεία τη δέσμευσή του Sb(III) από το FeOOH ως το μηχανισμό δράσης των μελετώμενων νανοσύνθετων υλικών.
description: The objective of this thesis is to develop a nanocomposite material based on the combined action of a reducing and adsorbent phase with the purpose of removing effectively pentavalent antimony Sb(V) at the concentration levels which are defined by European Union legislation on drinking water (5 μg Sb / L). In particular, the ability to synthesize a ferric oxy-hydroxides (FeOOH) system with iron oxide or tin oxide hydroxide nanoparticles was analyzed by methods of sequential co-precipitation of the corresponding salts in aqueous medium and suitable pH and redox potential. The nanocomposite materials were prepared in different proportions between the two phases with a reduction rate of 0-100%. The structural and chemical characterization of the nanocomposite proved that in the first case there is co-existence of geothite (α-FeOOH) with Fe3O4 nanoparticles while in the second system lepidocrocite (γ-FeOOH) coexists with tin chlor-oxyhydroxide Sn3O(OH)2Cl2. Due to the presence of Fe2+ and Sn2+ both Fe3O4 and Sn3O(OH)2Cl2 contribute to ensure a very high reduction potential in all cases. From the evaluation of the adsorption capacity of the α-FeOOH/Fe3O4 and γ-FeOOH/Sn3O(OH)2Cl2 nanocomposite materials for Sb(V) it appears that the continuous increase in the Fe3O4 percentage favors the improvement of the adsorption capacity while with an increase in the Sn3O(OH)2Cl2 the maximum value is observed at about 25% and then is rapidly reduced. For the nanocomposite system α-FeOOH/Fe3O4 the maximum adsorption capacity for a residual concentration of 5 μg/L is 0.40 mg/g for 75% Fe3O4 but at the same time there is a rapid reduction in the removal efficiency of Sb(III) as an optimal ratio is preferred of between 25-50%. (Αντίστοιχα) the removal capacity at a concentration equal to the regulation limit for the nanocomposite system α-FeOOH/Sn3O(OH)2Cl2 for Sb(V) reaches 0.52 mg/g for 25% but at higher values it is reaches zero due to the weakness of Sn3O(OH)2Cl2 to contribute as an adsorbent as it happens for Fe3O4. The study of the materials after their use for Sb(V) removal by XPS spectroscopy indicates the intermediate reduction of Sb(V) to Sb(III) and then the binding of Sb(III) by FeOOH as the occurring mechanism of the studied nanocomposite materials.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)