Απομάκρυνση φυσικής οργανικής ύλης (NOM) και οργανικών ρύπων από το πόσιμο νερό με καινοτόμα προσροφητικά υλικά
Creators: name: Θεολόγης, Δημήτριος Στέφανου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Προσρόφηση
Φυσική οργανική ύλη
Νερό
Adsorption
Natural organic matter
Water

description: Ένας από τους κύριους ρύπους που απειλούν την ποιότητα των υδάτων είναι η φυσική οργανική ύλη (NOM). Κυρίως, η ΝΟΜ αναφέρεται ως χουμικά οξέα (HA) και φουλβικά οξέα (FA), με τα HΑ να αντιστοιχούν στο υψηλότερο ποσοστό. Η απομάκρυνση των HA από το νερό είναι πολύ σημαντική, επειδή έχουν επιβλαβή επίδραση τόσο στην ποιότητα του νερού όσο και στην ανθρώπινη υγεία. Πολλές τεχνολογίες έχουν εξεταστεί για την απομάκρυνση των HA, συμπεριλαμβανομένων της προσρόφησης, των μεμβρανών, των προηγμένων διεργασιών οξείδωσης και της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης. Όπως αποκαλύπτει η βιβλιογραφία, τα τροποποιημένα προσροφητικά, τα σύνθετα υλικά και τα νανοϋλικά έχουν δείξει πολλά ικανοποιητικά αποτελέσματα για την απομάκρυνση της ΝΟΜ από το νερό. Ως εκ τούτου, στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση της απομάκρυνσης της ΝΟΜ με τη χρήση παραγώγων χιτοζάνης/κουρκουμίνης/ενεργού άνθρακα. Η χιτοζάνη (CS), είναι ένα φυσικό βιοπολυμερές χαμηλού κόστους που παρουσιάζει υψηλές δυνατότητες προσρόφησης λόγω της παρουσίας αμινο- και υδροξυλομάδων και ο ενεργός άνθρακας (AC) είναι ένα από τα πιο κοινά και αποτελεσματικά προσροφητικά που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία νερού και υγρών αποβλήτων. Διάφορα παράγωγα με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης, όπως CS/AC@1:1, CS/AC@1:2 και CS/AC@2:1, εξετάστηκαν σε τέσσερις διαφορετικές θερμοκρασίες (293, 303, 313 και 323 K). Εξετάστηκε επίσης η προσθήκη κουρκουμίνης (Cur), η οποία είναι μια φυσική πολυφαινολική ουσία, στο παράγωγο CS/AC@, προκειμένου να διερευνηθεί η πιθανότητα πρόσθετης ενίσχυσης της απομάκρυνσης των ΗΑ. Συντέθηκαν δύο παράγωγα με διαφορετικές αναλογίες σύνθεσης, δηλαδή CS/AC@Cur5% και CS/AC@Cur10%. Η NOM προσδιορίστηκε στην παρούσα μελέτη με την απορρόφηση UV-vis στα 254 nm (UV254). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, διαπιστώθηκε ότι σε pH 2,0 ± 0,1 με την εφαρμογή 0,5 g/L CS/AC@Cur5% σε διάλυμα HA 5 mg/L, απομακρύνθηκε περισσότερο από 85%. Τα δεδομένα προσρόφησης προσαρμόστηκαν καλά στο μοντέλο ισόθερμης Freundlich, ενώ η κινητική της προσρόφησης ακολούθησε καλύτερα το μοντέλο ψευδο-δεύτερης τάξης. Οι θετικές τιμές της ΔH° (24,9 kJ/mol) επιβεβαιώνουν τον ενδόθερμο χαρακτήρα της προσρόφησης. Επιπλέον, η αύξηση των αρνητικών τιμών ΔG° με τη θερμοκρασία υποδηλώνει αυθόρμητη προσρόφηση των HA στο CS/AC@Cur5%.
description: One of the main pollutants threatening the quality of water is natural organic matter (NOM). Mainly, NOM are indicated as humic acids (HA) and fulvic acids (FA), with HA corresponding to the highest percentage. Removal of HA form water is very important, because they have both harmful effect on the water quality and human health. Many technologies have been examined for the removal of HA, including adsorption, membranes, advanced oxidation processes and photocatalytic oxidation. As the literature divulges, modified adsorbents, composite materials and nanomaterials have shown many satisfactory results for NOM removal from water. Therefore, in this study, the evaluation of HA removal by using chitosan/curcumin/activated carbon derivatives was performed. Chitosan (CS), is s natural low-cost biopolymer exhibiting high adsorption capabilities due to the presence of amino and hydroxyl groups and activated carbon (AC) is one of the most common and effective adsorbents used in water and wastewater treatment. Several derivatives with different composition ratios, such as CS/AC@1:1, CS/AC@1:2 and CS/AC@2:1, were examined in four different temperatures (293, 303, 313 and 323 K). The addition of curcumin (Cur), which is a natural polyphenolic substance, to the CS/AC@ derivative, was also examined, in order to scrutinize the possibility of additional enhancement of HA removal. Two derivatives with different composition ratios, i.e. CS/AC@Cur5% and CS/AC@Cur10% were synthesized. The NOM was determined in this study by the UV-vis absorbance at 254 nm (UV254). According to the results, it was found that at pH 2.0 ± 0.1 by applying 0.5 g/L of CS/AC@Cur5% in 5 mg/L of HA solution, more than 85% was removed. The adsorption data fitted well with the Freundlich isotherm model, whereas the adsorption kinetics followed better the pseudo-second-order model. The positive values of ΔH° (24.9 kJ/mol) confirm the endothermic nature of the adsorption. In addition, an increase of negative ΔG° values with temperature indicates a spontaneous adsorption of HA on CS/AC@Cur5%.