Σύνθεση, χαρακτηρισμός και μελέτη προσροφητικών υλικών για την απομάκρυνση ραδιενεργών και τοξικών ρύπων από υγρά διαλύματα
Creators: name: Σαρρή, Σοφία
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Χρώμιο
Ιώδιο
Ουράνιο
Ρήνιο
Βόριο
Ρόφηση
Πολυμερείς ρητίνες
Chromium
Oodine
Uranium
Rhenium
Boron
Sorption
Polymeric resins

description: Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δέσμευση ανιοντικών ειδών του Cr, I, U, Re και B από υδατικά τους διαλύματα από δύο ρητίνες επιχλωρυδρίνης-πολυαιθυλενιμίνης. Οι ρητίνες, που παρασκευάσθηκαν στο Εργαστήριο Ανόργανης Χημείας του ΑΠΘ, χαρακτηρίστηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία σαρωτικής δέσμης (SEM/EDS), περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD), θερμική ανάλυση (TG-DTG) και ΒΕΤ. Προσδιορίστηκε επίσης η υγρασία και η κοκκομετρική σύσταση των ρητινών και η συμπεριφορά τους σε διαλύματα διαφόρου pH. Οι μετρήσεις δέσμευσης έγιναν χρησιμοποιώντας μία στατική τεχνική (batch experiments). Η δέσμευση του χρωμίου μελετήθηκε απουσία και παρουσία ανταγωνιστικών ιόντων. Απουσία ανταγωνιστικών ιόντων, η δέσμευση μελετήθηκε σε pHinit (αρχικό pH) 2-7, ενώ παρουσία σε pHinit 3 και 6 χρησιμοποιώντας διαλύματα NaNO3 και Na2SO4 σταθερής ιονικής ισχύος 0,1 Μ. Η αρχική συγκέντρωση του χρωμίου στα διαλύματα κυμάνθηκε από 300 έως 5000 mg/L. Μετά τη δέσμευση του χρωμίου ακολούθησε ο φασματοφωτομετρικός προσδιορισμός του με 1,5 διφαίνυλοκαρβαζίδιο, η μελέτη της περιβαλλοντικής συμβατότητας των ρητινών με τη μέθοδο TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure), εξέταση της επιφάνειας και του εσωτερικού τους με SEM/EDS και εξέταση της επιφάνειάς τους με φωτοηλεκτρονική φασματοσκοπία (XPS). Επίσης έγινε προσπάθεια αναγέννησης των ρητινών. Η δέσμευση του ιωδίου μελετήθηκε απουσία και παρουσία ανταγωνιστικών ιόντων σε pHinit 3 και 7. Η αρχική συγκέντρωση του ιωδίου στα διαλύματα κυμάνθηκε από 300 έως 5000 mg/L. Η δέσμευση των ιωδιούχων παρουσία ανταγωνιστικών ιόντων μελετήθηκε χρησιμοποιώντας διαλύματα NaCl και Na2SO4 σταθερής ιονικής ισχύος 0,1 M. Ο προσδιορισμός του ιωδίου στα διαλύματα μετά την δέσμευση έγινε με φασματοσκοπία ακτίνων-γ (χρήση διαλυμάτων επισημασμένων με ραδιενεργό ιχνηθέτη 131Ι). Επίσης, πραγματοποιήθηκε εξέταση της επιφάνειας και του εσωτερικού των ρητινών με SEM/EDS. Η δέσμευση του ουρανίου μελετήθηκε απουσία ανταγωνιστικών ιόντων σε pHinit 6-10. Η αρχική συγκέντρωση του ουρανίου στα διαλύματα κυμάνθηκε από 10 έως 2000 mg/L. Ο προσδιορισμός του ουρανίου στα διαλύματα μετά τη δέσμευση έγινε με φασματοφωτομετρική ανάλυση χρησιμοποιώντας Arsenazo III. Επίσης μελετήθηκε η κινητική της δέσμευσης του ουρανίου και εξετάστηκε, μετά τα πειράματα δέσμευσης, η επιφάνεια και το εσωτερικό των ρητινών με SEM/EDS. Η μελέτη της δέσμευσης του ρηνίου πραγματοποιήθηκε απουσία ανταγωνιστικών ιόντων σε pHinit 3 και 7. Η αρχική συγκέντρωση του ρηνίου στα διαλύματα κυμάνθηκε από 40 έως 5000 mg/L. Ο προσδιορισμός του ρηνίου στα διαλύματα μετά την προσρόφηση έγινε φασματοφωτομετρικά με υδροχλωρική υδροξυλαμίνη. Επίσης, πραγματοποιήθηκε εξέταση της επιφάνειας και του εσωτερικού των ρητινών με SEM/EDS και προσπάθεια αναγέννησής τους. Η δέσμευση του βορίου μελετήθηκε απουσία ανταγωνιστικών ιόντων σε pHinit 8-10. Η αρχική συγκέντρωση του βορίου στα διαλύματα κυμάνθηκε από 100 έως 5000 mg/L. Ο προσδιορισμός του βορίου στα διαλύματα, μετά τη δέσμευση, έγινε φασματοφωτομετρικά με καρμίνη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι δύο ρητίνες απομακρύνουν σημαντικές ποσότητες των στοιχείων που εξετάστηκαν. Στην περίπτωση των Cr, I και Re παρατηρείται ομοιόμορφη διάχυσή τους στο εσωτερικό των ρητινών, ενώ στην περίπτωση του U παρατηρείται συγκέντρωσή του στην επιφάνεια τους και μικρής έκτασης διάχυση στο εσωτερικό. Η απομάκρυνση των I, Re και Β φαίνεται να οφείλεται σε φυσική ρόφηση, του U σε μεγάλο βαθμό σε επιφανειακή κατακρήμνιση και του Cr σε χημειορρόφηση με αναγωγή του Cr6+ σε Cr3+.
description: The removal of Cr-, I-, U-, Re- and B-anionic species from aqueous solutions by two epichlorhydrin - polyethylenimine resins was investigated using a batch technique. The resins were previously characterized by SEM/EDS, XRD, and BET. Their moisture, grain size and chemical stability in solutions of different pH were also determined. The chromium removal from aqueous solutions was studied both in absence and in the presence of background electrolytes (NaNO3 and Na2SO4, ionic strength 0.1M). The experiments in absence of background electrolytes were performed using chromates solutions (initial concentration: 300-5000 mg/L) of initial pH (pHinit) 2 to 7, whereas those in the presence at pHinit 3 and 6. The amount of Cr removed from the solutions was determined by spectrophotometry using 1,5-diphenylcarbazide as complex-forming agent. The environmental compatibility of the Cr-loaded resins was studied by means of the EPA-TCLP method. The surface and the interior of the resin grains were examined after the sorption experiments by XPS and SEM/EDS respectively. Regeneration attempts of the material were also performed. The iodine removal was studied both in absence and in the presence of background electrolytes (NaCl and Na2SO4 ,ionic strength 0.1 M) at pHinit 3 and 7 using 131I-labeled solutions (initial concentration: 300 to 5000 mg/L). The iodine determination in the solutions after the end of the sorption tests was performed by gamma-ray spectroscopy. The resin surface and interior were examined by SEM/EDS. The removal of uranium anionic species from aqueous solutions (initial concentration: 10 to 2000 mg/L) was studied in the absence of background electrolytes at pHinit 6-10. The amount of sorbed U was determined spectrophotometrically using the Arsenazo III method. The kinetics of the uranium removal was also studied. The surface and interior of the resin grains were examined by SEM/EDS. The rhenium (Re) removal from aqueous solutions (initial concentration: 40 to 5000 mg/L) was studied in the absence of background electrolytes at pHinit 3 and 7. The amount of sorbed Re was determined spectrophotometrically using hydrochloric hydroxylamine. The surface and interior of the resin grains were studied with SEM/EDS. An attempt to regenerate Re-loaded resins was also made. The boron (B) removal from aqueous solutions (initial concentration: 10 to 5000 mg/L) was investigated in absence of background electrolytes at pHinit 8 to 10. The amount of boron sorbed was determined spectrophotometrically using carmine. The results demonstrated that both resins can very efficiently remove the investigated elements from aqueous solutions. In the cases of Cr, I and Re a diffusion in the bulk of the resin grains was observed, whereas U was mainly concentrated on their external surface. The removal of I, Re and B seems to be due to physical sorption, that of U to surface precipitation and that of Cr to chemisorption. In the case of chromium, reduction of Cr6+ to Cr3+ was also observed.