Παρασκευή Καινοτόμων Προσροφητικών Υλικών με Απόθεση Νανοσωματιδίων Οξειδίων Σιδήρου και Μαγγανίου σε Ενεργό Άνθρακα, για τη συνδυασμένη Απομάκρυνση Αρσενικού (V), Χρωμίου (VI) και Αζωχρωμάτων
Creators: name: Τόλκου, Αθανασία Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Ενεργός άνθρακας
Νανοσωματίδια οξειδίων σιδήρου και μαγγανίου
Αρσενικό (V), Χρώμιο (VI), Αζωχρώματα
Activated carbon
Iron and manganese oxide nanoparticles
Arsenic(V), chromium (IV) and azo-dyes

description: Οι ιδιότητες του νερού, και επομένως η ποιότητά του, καθορίζονται από τις συγκεντρώσεις των συστατικών του και τις φυσικές συνθήκες. Οι παράμετροι της ποιότητας του νερού που αφορούν τοξικές ουσίες, όπως καθορίζονται από την Ευρωπαϊκή Ένωση, σχετίζονται με ουσίες που σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις προκαλούν σοβαρές βλάβες στην υγεία. Ορισμένες από αυτές σε ελάχιστες συγκεντρώσεις είναι απαραίτητες για τον οργανισμό (ιχνοστοιχεία). Η βιομηχανία χρωμάτων και τα βαφεία χρησιμοποιούν σε σημαντικές ποσότητες τοξικές χημικές ουσίες. Τα απόβλητα των μονάδων αυτών περιέχουν κυρίως βαρέα μέταλλα που οφείλονται στα χρώματα που χρησιμοποιούνται και οργανικές ενώσεις. Στις τοξικές ουσίες περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων, το αρσενικό και το χρώμιο. Ως εκ τούτου, η απομάκρυνση των χρωστικών ουσιών από τα υγρά απόβλητα είναι ένα μείζον περιβαλλοντικό πρόβλημα. Η προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα, αποτελεί μια μέθοδο επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, που εφαρμόζεται μετά την καθίζηση ή τη διήθηση, για την απομάκρυνση των διαφόρων διαλυμένων οργανικών ουσιών και είναι ευρύτατα διαδεδομένη. Οι ενεργοί άνθρακες αποτελούν σημαντικά προσροφητικά μέσα καθώς έχουν την ικανότητά να προσροφούν και να συγκρατούν στο εσωτερικό τους ουσίες που βρίσκονται στην αέρια ή στην υγρή φάση. Οι προσπάθειες για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διεργασίας της προσρόφησης είχαν σαν αποτέλεσμα την ανάπτυξη νέων καινοτόμων προσροφητικών υλικών με τροποποίηση εμπορικών ενεργών ανθράκων ώστε να επιτευχθούν πολύ καλές ιδιότητες απομάκρυνσης οργανικών ουσιών (που υπάρχουν στις βαφές) και παράλληλα να αυξηθεί η απομάκρυνση των οξυανιόντων, πεντασθενούς Αρσενικού και εξασθενούς Χρωμίου. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η τροποποίηση του ενεργού άνθρακα GAC 830 με την απόθεση νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου – Χαλκού ή Μαγγανίου, σε διάφορες συνθήκες κατεργασίας, με στόχο την ενίσχυση της προσροφητικής ικανότητας και έγινε συγκριτική μελέτη των καινοτόμων προσροφητικών υλικών που παρασκευάστηκαν. Με την διεξαγωγή προκαταρτικών πειραμάτων παρασκευής των προσροφητικών υλικών, προσδιορίστηκαν τόσο οι βέλτιστες συνθήκες παρασκευής (pH, ποσότητα προσροφητικού υλικού) όσο και η βέλτιστη κατεργασία τροποποίησης. Τα νέα προσροφητικά υλικά που παρασκευάσθηκαν, μελετήθηκαν με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σαρωτικής δέσμης (scanning electron microscopy – SEM). Στη συνέχεια ελέγχτηκε η ικανότητα προσρόφησης τους στο πεντασθενές αρσενικό και εξασθενές χρώμιο, καθώς και σε διάφορα αζωχρώματα. Μελετήθηκε η κινητική των αντιδράσεων προσρόφησης καθώς και οι ισόθερμες προσρόφησης. Τέλος επιλέχθηκε το βέλτιστο καινοτόμο προσροφητικό υλικό που απομακρύνει ταυτόχρονα σε υψηλά ποσοστά το πεντασθενές Αρσενικό και το εξασθενές Χρώμιο, χωρίς να επηρεάζει παράλληλα η τροποποίηση του ενεργού άνθρακα και την απομάκρυνση των αζωχρωμάτων.
description: The properties of water and therefore its quality are defined by the concentrations of the components dissolved in it and the physical conditions. The parameters of water quality concerning toxic substances, as defined by the European Union, are related to substances that in relatively low concentrations cause serious health damages. Some of those are necessary for the body in minimum concentrations (trace elements). The color industries and the textile dyeing industries use significant amounts of toxic chemicals. The wastes of these units contain heavy metals mainly due to the dyes used and organic compounds. In the toxic substances are included among other arsenic (V) and chromium (VI). Therefore, their removal is a major environmental problem. Adsorption on activated carbon is a widespread treatment method, applicable after sedimentation or filtration, for the removal of various dissolved organic substances in wastewaters. The activated carbons are important adsorbents, as they have the ability to adsorb and retain well many substances found in the gas or liquid phase. However, their ability to remove oxyanions is limited. Due to attempts to improve the efficiency of the adsorption process, innovative adsorbents have been developed, with the modification of commercial activated carbons so as to achieve the good removal properties of organic substances (found in dyes) and also to increase the removal of oxyanions, of pentavalent arsenic and hexavalent chromium. In this study, a commercial activated carbon GAC 830 was modified by depositing nanoparticles of iron oxide - copper or manganese under various processing conditions in order to enhance the adsorptive capacity towards oxyanions without losing its ability to remove organics. In preliminary experiments the optimum conditions for modification were established. The innovative adsorbents prepared, were studied with the scanning electron microscope (SEM. Their adsorption capacity towards pentavalent arsenic, hexavalent chromium, and various azo dyes was tested. Additionally, adsorption kinetics was studied and the adsorption isotherms were constructed. The combined efficiency of the various novel sorbents was compared and the one with the best combined efficiency was selected.