Προσρόφηση εξασθενούς χρωμίου και ανόργανων ρύπων σε γκαιτίτη

Βυρίνη, Αλεξάνδρα; Vyrini, Alexandra

dc.contributor.author	Βυρίνη, Αλεξάνδρα	el
dc.contributor.author	Vyrini, Alexandra	en
dc.date.accessioned	2018-09-24T08:57:56Z
dc.date.available	2018-09-24T08:57:56Z
dc.date.issued	2018-09-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47652
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15805
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Γκαιτίτης	el
dc.subject	Φωσφορικά	el
dc.subject	Νιτρικά	el
dc.subject	Προσρόφηση εξασθενούς χρωμίου	el
dc.subject	Hexavalent Chromium	en
dc.subject	Goethite	en
dc.subject	Adsorption of hexavalent chromium	en
dc.subject	Nitrates	en
dc.subject	Phosphates	en
dc.title	Προσρόφηση εξασθενούς χρωμίου και ανόργανων ρύπων σε γκαιτίτη	el
dc.title	Adsorption of hexavalent chromium and inorganic pollutants on goethite	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ρύπανση από εξασθενές χρώμιο	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-18
heal.abstract	Η παρουσία του εξασθενούς χρωμίου στο νερό είναι είτε γηγενούς, είτε ανθρωπογενούς προέλευσης και αποτελεί σημαντικό ρυπαντή των υδάτινων σωμάτων. Ανθρωπογενή ρύπανση εξασθενούς χρωμίου συναντάμε σε περιπτώσεις εκτενούς χρήσης του στην βιομηχανία όπου άμεσος αποδέκτης του είναι τα υπόγεια και επιφανειακά υδατικά σώματα και έμμεσα ο ανθρώπινος οργανισμός. Έτσι καθίσταται απαραίτητη η απορρύπανση του νερού και του εδάφους από το εξασθενές χρώμιο. Στα πλαίσια αυτής της προσπάθειας, η παρούσα εργασία διερευνά στην προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου αλλά και ανόργανων ρύπων στον γκαιτίτη το οποίο είναι ένα οξείδιο του σιδήρου που σε όξινα κυρίως pH αποτελεί πολύ καλό προσροφητή ανιόντων, όπως είναι το εξασθενές χρώμιο, τα φωσφορικά και τα νιτρικά ιόντα. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαλείποντος έργου με σκοπό τη διερεύνηση της προσρόφησης του εξασθενούς χρωμίου και των φωσφορικών και νιτρικών ιόντων, στον γκαιτίτη, καθώς επίσης και της πιθανής ανταγωνιστικής τους προσρόφησης. Ακόμη μελετήθηκε η επίδραση της ιοντικής ισχύος στον μηχανισμό προσρόφησης του εξασθενούς χρωμίου. Όσον αφορά το εξασθενές χρώμιο, η συγκέντρωση που επιλέχθηκε αντιπροσωπεύει την γηγενή ρύπανση, ενώ για τα φωσφορικά και νιτρικά ιόντα αντιπροσωπεύει την πιθανή ρύπανση από γεωργικές δραστηριότητες λόγω της αλόγιστης χρήσης λιπασμάτων. Διαπιστώθηκε ότι η προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου αλλά και των φωσφορικών ιόντων στον γκαιτίτη ευνοείται από το όξινο περιβάλλον του υδατικού δείγματος (pH=4-6) αφού με την ελάττωση του pH αυξάνεται η ηλεκτροστατική έλξη αναμεσά στα ανιόντα και στον γκαιτίτη. Αντίθετα για τα νιτρικά ιόντα παρατηρείται ότι ο γκαιτίτης δεν είναι ικανοποιητικός προσροφητής, γιατί αρχικά προτιμά την προσρόφηση ανιόντων μεγαλύτερου σθένους όπως τα χρωμικά, και στην συνέχεια τα νιτρικά συμπλοκοποιούνται στην εξωτερική στοιβάδα η οποία δημιουργεί ασθενή σύμπλοκα και άρα δεν ευνοεί την προσρόφηση τους στον γκαιτίτη. Ακόμη διερευνήθηκε η επίδρασης της ιοντικής ισχύος στην προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου, από την οποία συμπεραίνουμε ότι σε υδατικά περιβάλλοντα υψηλής ιοντικής ισχύος η προσρόφηση δυσχεραίνει, κάτι που μας μαρτυρά ότι ο κυρίαρχος μηχανισμός προσρόφησης είναι η συμπλοκοποίηση εξωτικής στοιβάδας (outer-sphere), στην οποία οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις γίνονται ασθενέστερες με την αύξηση της ιοντικής ισχύος. Στην συνέχεια μελετήθηκε ο ανταγωνισμός των χρωμικών με τα φωσφορικά ιόντα, όπου διαπιστώθηκε ότι η προσρόφηση των χρωμικών επηρεάζεται πολύ λίγο από την παρουσία των φωσφορικών. Το ίδιο παρατηρήθηκε και για την προσρόφηση των φωσφορικών παρουσία χρωμικών ιόντων. Τα παραπάνω δικαιολογούνται επειδή οι μηχανισμοί προσρόφησης του εξασθενούς χρωμίου είναι εσωτερικής και εξωτερικής στοιβάδας, ενώ των φωσφορικών είναι μόνο εσωτερικής. Συνεπώς τα χρωμικά ανταγωνίζονται με τα φωσφορικά μόνο για της θέσεις στην εσωτερική στοιβάδα. Τέλος μελετήθηκε ο ανταγωνισμός ανάμεσα στην προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου και στα νιτρικά ιόντα, από την οποία συμπεραίνουμε ότι η ψηλή συγκέντρωση των νιτρικών ιόντων επηρεάζει σε μικρό βαθμό την προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου στον γκαιτίτη λόγο της μεγάλης διαφοράς συγκέντρωσης των δύο, ενώ η παρουσία των χρωμικών δεν επηρεάζει την προσρόφηση των νιτρικών ιόντων. Όμως λόγω προτίμησης του γκαιτίτη σε προσροφητές μεγαλύτερου σθένους η προσρόφηση των νιτρικών ιόντων είναι χαμηλή ανεξαρτήτως της παρουσίας ή μη του εξασθενούς χρωμίου. Στην συνέχεια μελετήθηκαν τρία μοντέλα προσρόφησης με σκοπό την προσομοίωση της προσρόφησης των εξεταζόμενων ιόντων στον γκαιτίτη αλλά και των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα κατά την προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου, των φωσφορικών και νιτρικών ιόντων. Τα μοντέλα που μελετήθηκαν επιλέχθηκαν με βάση την συχνότητα εμφάνισης τους στην βιβλιογραφία και ήταν το Triple Layer Model (TLM) με Bidentate και Monodentate σύμπλοκα, το Diffuse Double Layer Model (DLM) και το Constant Capacitance Model (CCM). Από τα μοντέλα αυτά το TLM με Βidentate σύμπλοκα, ήταν αυτό που προσομοίαζε καλύτερα στα πειραματικά αποτελέσματα προσρόφησης εξασθενούς χρωμίου, φωσφορικών ιόντων και νιτρικών ιόντων στον γκαιτίτη κατά την ανταγωνιστική τους και μη, προσρόφηση κάτι που μας μαρτυρά ότι το εξασθενές χρώμιο κάνει σύμπλοκα Bidentate στην εσωτερική αλλά και στην εξωτερική στιβάδα. Ακόμη προσομοίαζε καλά και στην περίπτωση αύξησης της ιοντικής ισχύος.	el
heal.abstract	The presence of hexavalent chromium in groundwater is either of geogenic or anthropogenic origin, and is a major contaminant of water bodies. The anthropogenic pollution of hexavalent chromium is encountered in cases of its extensive industrial use. Its direct recipient is groundwater and surface water and indirectly the human body. It is necessary to decontaminate the soil and water from hexavalent chromium and this study investigates the adsorption of hexavalent chromium and inorganic contaminants on goethite. Goethite is an iron oxide that is a very good anion adsorbent, such as hexavalent chromium, phosphates and nitrates. Batch experiments were performed in order to study the adsorption of hexavalent chromium, phosphates and nitrates on goethite as well as the competitive adsorption among them. In addition, the paper examines the influence of the ionic strength, on the adsorption of hexavalent chromium. The concentrations that were chosen for the hexavalent chromium reflects the geogenic contamination, while for phosphates and nitrates it represents the potential pollution from agricultural activities due to the extensive use of fertilizers. According to the results of this paper, adsorption of Cr(VI) and phosphates on goethite is favored in the acidic environment (pH=4-6), since by lowering the pH the electrostatic attraction increases between the anions and goethite. In contrast, it is observed that goethite is not a good sorbent of nitrates, because initially it prefers the adsorption of higher valence anions such as chromates, and secondary the nitrates are forming outer-sphere surface complexes, which are weak and therefore does not favor their adsorption. The effect of ionic strength, on the adsorption of hexavalent chromium was also studied, and we observed that in high-ionic aqueous environments the adsorption is becoming weaker, indicating that the dominant adsorption mechanism is the outer-sphere surface complexes, in which the electrostatic forces become weaker with the increase in ionic strength. Subsequently, the competition of chromates and phosphates was studied, where it was found that adsorption of chromates is not influenced by the presence of phosphates. The same was observed for the adsorption of phosphates in the presence of chromate ions. The above are justified because hexavalent chromium makes both inner and outer-sphere surface complexes, while the phosphate make only inner-sphere, therefore hexavalent chromium and phosphates are only competing for the inner-sphere surface. Finally, from the competition of hexavalent chromium and nitrates on goethite we observed that the high concentration of nitrate ions slightly influences the adsorption of hexavalent chromium on goethite due to the large concentration difference between them. On contrast, the presence of chromates does not affect the adsorption of nitrate ions. As regarding nitrates the preference of goethite for higher valence adsorbents, the nitrate adsorption is low, independently of the presence or absence of hexavalent chromium. Furthermore, adsorption modeling of the aforementioned contaminants was performed to determine the adsorption mechanism as well as the reactions occurring during the adsorption of hexavalent chromium, phosphate and nitrate ions. The surface complexation models were selected based on their appearance in the literature and are the following, Triple Layer Model (TLM) with monodentate and bidentate complexes, Diffuse Layer Model (DLM) and Constant Capacitance Model (CCM). From these models, TLM with bidentate complexes was the one that best fitted the experimental results of the adsorption of hexavalent chromium, phosphate and nitrate ions on goethite, regardless of the competition between them or the change of ionic strength, which suggests that hexavalent chromium makes inner and outer sphere bidentate complexes.	en
heal.advisorName	Δερματάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παναγούλια, Διονυσία	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	109 σ.
heal.fullTextAvailability	true