Αξιοποίηση προϊόντων νανοσιδήρου για τον καθαρισμό ρυπασμένων υδάτων

Δέλλα, Αγγελική; Della, Angeliki

dc.contributor.author	Δέλλα, Αγγελική	el
dc.contributor.author	Della, Angeliki	en
dc.date.accessioned	2019-07-19T10:45:01Z
dc.date.available	2019-07-19T10:45:01Z
dc.date.issued	2019-07-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49107
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16828
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Νανοσίδηρος	el
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Νικέλιο	el
dc.subject	K-nZVI	en
dc.subject	Καολίνης	el
dc.subject	Heavy metals	en
dc.subject	Βαρέα μέταλλα	el
dc.subject	Kaolin	en
dc.subject	Hexavalent chromium	en
dc.subject	Nickel	en
dc.title	Αξιοποίηση προϊόντων νανοσιδήρου για τον καθαρισμό ρυπασμένων υδάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών.	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-03-18
heal.abstract	Η παρουσία ιόντων βαρέων μετάλλων στο φυσικό περιβάλλον, όπως το Cr(VI) και το Ni έχει επιφέρει μεγάλη περιβαλλοντική ανησυχία, λόγω της τοξικότητάς τους αλλά και των δυσμενών τους επιπτώσεων σε ολόκληρο το οικοσύστημα. Η απομάκρυνση μεταλλικών ιόντων από ύδατα πραγματοποιείται συχνά μέσω τεχνικών προσρόφησης. Στην περίπτωση όμως του Cr(VI) προτιμώνται μέθοδοι χημικής αναγωγής, διότι το χρώμιο στην τρισθενή μορφή του, Cr(III), δεν είναι τοξικό και καταβυθίζεται στην μορφή υδροξειδίων. Ως αναγωγικό μέσο, χρησιμοποιείται συχνά ο στοιχειακός σίδηρος και μάλιστα σε νανοκλίμακα,, λόγω της μεγάλης δραστικότητας των νανοσωματιδίων. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι η δραστικότητα του νανοσιδήρου βελτιώνεται όταν συνδυάζεται με ένα προσροφητικό μέσο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία ως προσροφητικό υπόστρωμα χρησιμοποιήθηκε καολίνης (K) και ως αναγωγικό μέσο στοιχειακός νανοσίδηρος (nZVI). Τα κύρια στάδια της παραγωγής του νανοσύνθετου υλικού K-nZVI περιλάμβαναν ανάμιξη του καολίνη με διάλυμα FeCl3 και αναγωγή του Fe(III) σε στοιχειακό με χρήση βοροϋδριδίου του Na. Ανάλυση του υλικού με XRF έδειξε μειωμένα ποσοστά διοξειδίου του πυριτίου (SiO2), και οξειδίου του αργιλίου (Al2O3) συγκριτικά με τον αρχικό καολίνη. Το υλικό εμπλουτίστηκε σε Fe, η περιεκτικότητα του οποίου προσδιορίστηκε σε 18% περίπου κ.β. ή 3.2 mmol/g. Με τη χρήση του Κ-nZVI επιδιώχθηκε η απομάκρυνση του εξασθενούς χρωμίου από υδατικά διαλύματα. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές παρτίδας καταγράφοντας την κινητική της αναγωγής του χρωμίου σε προκαθορισμένους χρόνους. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν η αρχική συγκέντρωση του Cr(VI), η οποία μεταβλήθηκε σε εύρος 5 έως 40 mg/L, και η αναλογία Κ-nZVI ως προς τον όγκο του υδατικού διαλύματος, η οποία εξετάστηκε σε τρία επίπεδα 1, 2 και 4 g/L.Η επεξεργασία των κινητικών δεδομένων πραγματοποιήθηκε με δύο διαφορετικές προσεγγίσεις: (α) με βάση τις μεταβολές της συγκέντρωσης του Cr(VI) στην υδατική φάση και (β) με βάση την φόρτιση του στερεού σε Cr. Με την πρώτη προσέγγιση προέκυψε ότι το φαινόμενο περιγράφεται με μεγαλύτερη ακρίβεια θεωρώντας κινητική 2ης τάξης ως προς την συγκέντρωση του Cr(VI) στο διάλυμα. Η δεύτερη προσέγγιση εφαρμόζεται συνήθως σε φαινόμενα προσρόφησης και το μεταβαλλόμενο μέγεθος είναι η διαφορά (q_e-q_t ), η οποία περιγράφει την απόκλιση της φόρτισης του στερεού σε χρόνο t, q_t, από την φόρτιση στην κατάσταση ισορροπίας, q_e. Διαπιστώθηκε ότι τα πειραματικά δεδομένα μπορούν να περιγραφούν με σχεδόν εξίσου ικανοποιητική ακρίβεια, θεωρώντας κινητική προσρόφησης είτε 1ης τάξης είτε 2ης τάξης ως προς το μέγεθος (q_e-q_t ). Η συμπεριφορά αυτή ερμηνεύεται λαμβάνοντας υπόψη ότι το κινητικό μοντέλο Langmuir, το οποίο αποτυπώνει με μεγαλύτερη πιστότητα τα φαινόμενα της προσρόφησης, είναι άθροισμα δύο όρων 1ης και 2ης τάξης ως προς το μέγεθος (q_e-q_t ). Η μέγιστη ικανότητα απομάκρυνσης του Cr(VI) με τη χρήση του υλικού K-nZVI εκτιμήθηκε με βάση την απόδοση του υλικού σε χρόνο επαφής 3 ωρών και βρέθηκε ίση με 20 mg/L. Η απόδοση αυτή είναι παρόμοια με τα αποτελέσματα άλλων δημοσιευμένων εργασιών που χρησιμοποίησαν nZVI σε υπόστρωμα καολίνη. Εν συνεχεία πραγματοποιήθηκαν δοκιμές παρτίδας για την απόδοση του υλικού σε διαφορετικό ρύπο, όπου μελετήθηκε η απόδοση του Κ-nZVI σε υδατικό διάλυμα που περιείχε ιόντα νικελίου. Εξετάσθηκαν διαφορετικές συγκεντρώσεις νικελίου από10 έως 40 mg/L, καθώς και δύο επίπεδα pH του αρχικού διαλύματος 5.6 και 7.5. Ο δοκιμές έδειξαν ότι στα χαμηλότερα pH 5.6-5.8 η απομάκρυνση του Ni ήταν σχεδόν μηδενική, ενώ από το διάλυμα με pH 7.5 επιτεύχθηκε απομάκρυνση του Ni 47% και φόρτιση του υλικού μέχρι 9.41 mg/g. Πραγματοποιήθηκαν, επίσης, δοκιμές με την ταυτόχρονη παρουσία εξασθενούς χρωμίου και μεταλλικών ιόντων νικελίου σε υδατικό διάλυμα, όπου διαπιστώθηκε ότι το K-nZVI μπορεί να απομακρύνει και τους δύο ρύπους από το διάλυμα. Επισημαίνεται, ότι η σύγκριση της απόδοσης του νανοσύνθετου υλικού K-nZVI με απλό καολίνη έδειξε ότι η απομάκρυνση τόσο του Cr(VI) όσο και του Ni οφείλονται όχι στον καολίνη, αλλά στον ενσωματωμένο nZVI.	el
heal.advisorName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Πασπαλιάρης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλουργίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true