Κατεργασία και καθαρισμός του νερού με νέα προσροφητικά μέσα

Κρητσωτάκης, Κωνσταντίνος; Kritsotakis, Konstantinos

dc.contributor.author	Κρητσωτάκης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Kritsotakis, Konstantinos	e
dc.date.accessioned	2020-10-08T11:07:29Z
dc.date.available	2020-10-08T11:07:29Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51328
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19026
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Προσρόφηση	el
dc.subject	Χιτοζάνη	el
dc.subject	Χρωστικές	el
dc.subject	Adsorption	en
dc.subject	Chitosan	en
dc.subject	Dyes	en
dc.subject	Νερό	el
dc.subject	Water	en
dc.subject	Καθαρισμός	el
dc.subject	Τreatment	en
dc.title	Κατεργασία και καθαρισμός του νερού με νέα προσροφητικά μέσα	el
dc.title	Treatment and purification of water with new absorbents	en
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Thanks to Tryfonas Kekes	en
heal.classification	Επιστήμη & Τεχνολογία Τροφίμων	el
heal.classification	Food Science & Technology	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-06
heal.abstract	Είναι γεγονός ότι οι βιομηχανίες τροφίμων, καθώς και άλλες βιομηχανίες όπως οι κλωστοϋφαντουργικές, καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες νερού και χρησιμοποιούν ευρέως χρωστικές στα παραγόμενα προϊόντα τους. Πολλές από τις χρωστικές αυτές είναι, μάλιστα, συνθετικές και ενδεχομένως καρκινογόνες για τον άνθρωπο. Για την παρουσία χρωστικών στις βιομηχανικές απορροές υπάρχουν νομοθετικές διατάξεις που καθορίζουν για κάθε χώρα τα επιτρεπτά όρια των ουσιών αυτών. Από τις εκροές οι χρωστικές ,με τη σειρά τους, εναποτίθενται σε φυσικούς αποδέκτες, με αποτέλεσμα όχι μόνο να μειώνεται η αισθητική αξία του νερού, αλλά να αυξάνει και η τοξικότητα στο υδάτινο οικοσύστημα, παρεμποδίζοντας την ανάπτυξη των υδρόβιων οργανισμών. Ταυτόχρονα η αποτελεσματική επεξεργασία του νερού που έχει μολυνθεί μπορεί να συντελέσει και στην εξοικονόμηση των υδάτινων πόρων με την επανάχρησή του εντός της βιομηχανίας σε ορισμένες διεργασίες. Υπάρχουν πολλές τεχνικές (φυσικές, όπως η αντίστροφη ώσμωση, χημικές, όπως η οξείδωση ή/και βιολογικές) για την απομάκρυνση των χρωστικών που, σε αντίθεση με την προσρόφηση, κοστίζουν πιο πολύ, περιέχουν τοξική λάσπη (πρόβλημα εναπόθεσης) ή δεν μπορούν να εξαλείψουν πλήρως την παρουσία των χρωστικών. Αν και φιλική προς το περιβάλλον, η μέθοδος προσρόφησης, εντούτοις όταν χρησιμοποιείται ο ενεργός άνθρακας ως προσροφητικό υλικό αυξάνεται το κόστος. Για το λόγο αυτό η σύγχρονη έρευνα έχει προσανατολιστεί σε νέα φυσικά ή χημικώς τροποποιημένα χαμηλού κόστους και αποτελεσματικά βιοπροσροφητικά υλικά. Μεταξύ αυτών η χιτοζάνη έχει παρατηρηθεί να διαθέτει τη μέγιστη ικανότητα προσρόφησης για την απομάκρυνση διαφόρων χρωστικών από τα λύματα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η προσρόφηση δύο ανιοντικών χρωστικών (Ε110 και Ε120) πάνω σε δύο μη συμβατικά και πολύ οικονομικά προσροφητικά υλικά, την τροποποιημένη χιτοζάνη υπό μορφή σφαιριδίων (διασυνδεδεμένη με πολυτριφωσφορικό νάτριο) και την τέφρα φλοιών ρυζιού (προερχόμενη από την καύση κατεργασμένων φλοιών ρυζιού). Για τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των υλικών αυτών, πραγματοποιήθηκαν πολλαπλά πειράματα προσρόφησης έκαστης χρωστικής σε διάφορες τιμές αρχικού pH του διαλύματος, δόσης προσροφητικού, θερμοκρασίας, αρχικής συγκέντρωσης χρωστικής και χρόνου επαφής. Σύμφωνα με αυτά, το βέλτιστο pH και για τις δύο χρωστικές είναι σε χαμηλές τιμές (γίνεται αναφορά στις ακριβείς τιμές), ενώ η αύξηση της δόσης του προσροφητικού, η μείωση της θερμοκρασίας ή και της αρχικής συγκέντρωσης χρωστικής οδηγούν σε αύξηση της ποσοστιαίας απομάκρυνσης χρωστικής. Ο χρόνος επίτευξης ισορροπίας είναι περίπου ο διπλάσιος (3 h), και για τις δύο χρωστικές, στην περίπτωση χρήσης της τροποποιημένης χιτοζάνης. Ο καθορισμός των βέλτιστων αυτών συνθηκών μπορεί να βοηθήσει, αργότερα, και στην εφαρμογή της τεχνολογίας της προσρόφησης σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα με τη χρήση μεγάλων στηλών. Η τροποποιημένη χιτοζάνη διαπιστώθηκε ότι είχε μία πιο μεγάλη προσροφητική ικανότητα από την τέφρα φλοιών ρυζιού, η οποία, όμως, λόγω του πολύ χαμηλού κόστους δύναται και αυτή να αποτελέσει μία εναλλακτική επιλογή απέναντι στις ανιοντικές χρωστικές. Χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη χιτοζάνη, οι μέγιστες τιμές προσρόφησης, qe, για την Ε110 και Ε120, υπολογίστηκαν στα 969.46 και 908.34 mg/g (από τις μεγαλύτερες κατόπιν σύγκρισης και με άλλα προσροφητικά υλικά της διεθνούς βιβλιογραφίας), αντίστοιχα (στους 25 οC). Το μοντέλο που αναπαριστά την κινητική της προσρόφησης και το μοντέλο της ισόθερμης, και για τις δύο χρωστικές, πάνω στην τροποποιημένη χιτοζάνη είναι το ψευδοδεύτερης τάξης και το Langmuir, αντίστοιχα, ενώ στην περίπτωση της τέφρας φλοιών ρυζιού, το ψευδοδεύτερης τάξης και το Dubinin-Radushkevich. Σύμφωνα με τη θερμοδυναμική ανάλυση, η προσρόφηση και των δύο χρωστικών πάνω στην τροποποιημένη χιτοζάνη, είναι μία εξώθερμη και αυθόρμητη (ΔG0 <0) διαδικασία, ενώ το φαινόμενο της προσρόφησης πάνω στην επιφάνειά της είναι περισσότερο αποτελεσματικό για τη χρωστική Ε110. Στην περίπτωση της τέφρας φλοιών ρυζιού, η προσρόφηση και των δύο χρωστικών είναι, επίσης, μία εξώθερμη διαδικασία. Επιπλέον, κατόπιν μελέτης του μηχανισμού προσρόφησης των δύο χρωστικών διαπιστώθηκε ότι σε αυτόν περιλαμβάνονται ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις των μορίων της χρωστικής με τις θετικά φορτισμένες (λόγω της περίσσειας υδρογονοκατιόντων σε όξινο pH) επιφάνειες των δύο προσροφητικών. Ακόμη, διαπιστώθηκε και πειραματικά, ότι η εκρόφηση των χρωστικών από την τροποποιημένη χιτοζάνη ευνοείται σε υψηλές τιμές pH.	el
heal.abstract	It is a fact that the food industries as well as other industries, such as textiles, consume large quantities of water and widely use the dyes in their final products. Many of these dyes are, in fact, synthetic and possibly carcinogenic to humans. For the presence of dyes in industrial effluents, there are legislative provisions that determine for each country the permissible limits of these substances. From these effluents, the dyes in turn are deposited in natural recipients, with the result that not only the aesthetic value of the water is reduced, but also the toxicity in the aquatic ecosystem is increased, preventing the growth of aquatic organisms. At the same time, the efficient treatment of contaminated water could also contribute to water’s resourcessaving by reusing it within the industry in certain processes. There are many techniques (natural, such as reverse osmosis, chemical, such as, oxidation or biological) for the removal of dyes that, unlike, adsorption cost more, contain toxic mud (deposition problem) or cannot completely eliminate the presence of the dyes. Although being environmentally friendly, the adsorption method, however, when activated carbon is used as an adsorbent, the cost increases. For this reason, modern research has focused on new naturally or chemically modified low-cost and efficient bio-adsorbent materials. Among them, chitosan has been observed to have the maximum adsorption capacity to remove various dyes from wastewater. In this diploma thesis the adsorption of two anionic dyes (E 110 and E 120) on two non-conventional and very economical adsorbents, the modified chitosan in the form of beads (crosslinked with sodium tripolyphosphate) and the rice husk ash (derived from the burning of modified rice husks) ,has been studied. For the investigation of the effectiveness of these materials, multiple adsorption experiments were performed for each of the dyes at different initial pH values of the solution, adsorbent’s doses, temperatures, initial dye’s concentrations and contact time. According to them, the optimal pH for both dyes is at low values (there is a reference to the exact values), while the increase in the adsorbent’s dose, the decrease in temperature or even in initial dye’s concentration lead to an increase in the percentage of dye’s removal. The equilibrium time is about double (3 hrs), for both of the dyes, in the case of using the modified chitosan. The determination of these optimal conditions helps, later, to apply the technology of adsorption on a pilot and industrial scale using large columns. The modified chitosan was found to have a much greater adsorption capacity than rice husk ash, which, however, due to its very low cost, may also be an alternative choice to anionic dyes. Using the modified chitosan, the maximum adsorption values, qe, for E 110 and E 120, were estimated at 969.46 and 908.34 mg / g (from the largest after comparison with other adsorbent materials of the international literature), respectively (at 25 οC). The model that represents the kinetics of adsorption and the isotherm model, for both dyes, on the modified chitosan is the pseudo second-order and Langmuir model, respectively, while in the case of rice husk ash, the pseudo second-order and Dubinin-Radushkevich. According to the thermodynamic analysis, the adsorption of both dyes on the modified chitosan, is an exothermic and spontaneous (ΔG0 <0) process, while the adsorption phenomenon on its surface is more effective for the dye E110. In the case of rice husk ash, the adsorption of both dyes is, also, an exothermic process. In addition, after studying the mechanism of adsorption of the two dyes, it was found that this, includes electrostatic interactions of the dye’s molecules with the positively charged (due to the excess of hydrogen ions in acidic pH) surfaces of the two adsorbents. Also, it was confirmed experimentally, that the desorption of the dyes from the modified chitosan is favoured at high pΗ values.	en
heal.advisorName	Τζια, Κωνσταντίνα	el
heal.advisorName	Tzia, Constantina	en
heal.committeeMemberName	Τζια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Στεφανίδης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Tzia, Constantina	en
heal.committeeMemberName	Taoukis, Petros	en
heal.committeeMemberName	Stefanidis, Georgios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	181 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false