Μελέτη προσρόφησης ιόντων μολύβδου και νικελίου από μη απομελανωμένη μηχανική χαρτόμαζα

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η ρόφηση ιόντων Μολύβδου και Νικελίου από χαρτί εφημερίδας (θερμομηχανική χαρτόμαζα). Διάφορα λιγνινοκυτταρινούχα υλικά παρουσιάζουν ροφητικές ιδιότητες λόγω της κυτταρινούχου δομής τους. Ένα τέτοιο υλικό είναι και το χρησιμοποιούμενο χαρτί εφημερίδας (θερμομηχανική χαρτόμαζα), το οποίο επιλέγη ως ροφητικό μέσο στην παρούσα εργασία. Η χαρτόμαζα αποτελεί ένα φθηνό, διαθέσιμο σε αφθονία και ανανεώσιμο υλικό που θεωρείται απόρριμμα με την πρωταρχική του ιδιότητα. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η ικανότητα της μη απομελανωμένης μηχανικής χαρτόμαζας να απομακρύνει μεταλλικά ιόντα Pb2+ και Ni2+ από υδατικά διαλύματα. Για την απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων από υδατικούς αποδέκτες έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές. Η προσρόφηση είναι μια αποτελεσματική μέθοδος η οποία βασίζεται στην εκλεκτικότητα που αυτή παρουσιάζει και στο χαμηλό κόστος εφαρμογής της. Αφού δόθηκε ορισμός για το φαινόμενο της προσρόφησης, έγινε περιγραφή των παραμέτρων που την επηρεάζουν, των μοντέλων και των κινητικών του φαινομένου. Το θεωρητικό μέρος της διπλωματικής εργασίας ολοκληρώθηκε με μια σύντομη αναφορά σε μελέτες προσρόφησης ιόντων μετάλλων από ανανεώσιμα υποστρώματα. Στο πειραματικό μέρος, εξετάσθηκε η επίδραση της τιμής του pH και της συγκέντρωσης χαρτόμαζας ως προσροφητικό μέσο στην ικανότητα απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από υδατικά διαλύματα. Οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων αυτών χρησιμοποιήθηκαν σε πειράματα εύρεσης των συνθηκών ισορροπίας του φαινομένου της προσρόφησης. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μελέτη προσρόφησης των ιόντων Pb2+ και Ni2+στη χαρτόμαζα για διάφορες τιμές συγκεντρώσεων. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την εύρεση των ισόθερμων εξισώσεων ρόφησης καθώς και τη μελέτη της κινητικής του φαινομένου. Τέλος, μελετήθηκε η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης του χαρτιού σε επόμενους κύκλους ρόφησης – εκρόφησης και υπολογίστηκε η προσροφητική του ικανότητα στα ιόντα των εξετασθέντων μετάλλων. Διαπιστώθηκε ότι, η χαρτόμαζα μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί σε τρεις κύκλους ρόφησης – εκρόφησης επιτυγχάνοντας υψηλότερη ποσοστιαία απομάκρυνση στα βαρέα μέταλλα.

In this thesis the adsorption of lead and nickel ions using newspaper pulp (thermo-mechanical pulp) as an adsorbent was studied. Various techniques have been developed for the removal of heavy metals from aqueous solutions. Adsorption is an efficient method with low operating cost. Various lignocellulosic materials show excellent adsorption properties due to their cellulosic structure. Newspaper pulp is a lignocellulosic fibrous material which is cheap, widely available and renewable. The effects of pH and concentration of pulp as an adsorbent in the removal capacity of heavy metals from aqueous solutions were examined. The optimal values of these parameters were used in experiments to find the equilibrium conditions of the phenomenon of adsorption. Then, the adsorption of metal ions Pb2 + and Ni2 + in the pulp was studied for various concentrations. The study was completed by finding the adsorption isotherms and the adsorption kinetics. Finally, the reusability of the paper in subsequent cycles of adsorption - desorption was studied and the adsorptive capacity of the tested metal ions was calculated. It was found that the pulp can be reused in three cycles of adsorption - desorption by achieving a high removal percentage of heavy metals.