Παραγωγή ενεργού άνθρακα από κελύφη Pistacia vera για την απομάκρυνση Hg από υδατικά διαλύματα

Ζαχαρία, Ευανθία; Zacharia, Evanthia

dc.contributor.author	Ζαχαρία, Ευανθία
dc.contributor.author	Zacharia, Evanthia
dc.date.accessioned	2020-11-21T13:59:16Z
dc.date.available	2020-11-21T13:59:16Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51993
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19691
dc.rights	Default License
dc.subject	Προσρόφηση	el
dc.subject	Ενεργός άνθρακας	el
dc.subject	Υδράργυρος	el
dc.subject	Στήλες	el
dc.subject	Ισόθερμες	el
dc.subject	Adsorption	en
dc.subject	Activated carbon	el
dc.subject	Mercury	el
dc.subject	Columns	el
dc.subject	Isotherms	el
dc.title	Παραγωγή ενεργού άνθρακα από κελύφη Pistacia vera για την απομάκρυνση Hg από υδατικά διαλύματα	el
dc.title	Production of activated carbon from Pistacia vera shells for the removal of Hg from aqueous solutions	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Απορρύπανση υδάτων	el
heal.classification	Water decontamination	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-10
heal.abstract	Ο υδράργυρος αποτελεί ένα από τα πλέον τοξικά βαρέα μέταλλα στο υδάτινο περιβάλλον. Ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η επεξεργασία λυμάτων και η εξόρυξη και επεξεργασία μεταλλευμάτων, έχουν οδηγήσει στην αύξηση των επιπέδων του υδραργύρου στο καθαρό νερό. Για το λόγο αυτό η ανάπτυξη κατάλληλων τεχνολογιών για την απομάκρυνσή του από υδατικά απόβλητα και φυσικά νερά αποτελεί σημαντικό πεδίο έρευνας διεθνώς. Σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν η σύνθεση ενός προσροφητικού υλικού που να συνδυάζει χαμηλό κόστος και υψηλή αποτελεσματικότητα ως προς την απομάκρυνση αυτού του μετάλλου από ρυπασμένα ύδατα. Συγκεκριμένα, το προσροφητικό υλικό που επιλέχθηκε στην παρούσα μελέτη προς σύνθεση, ήταν ο κοκκώδης ενεργός άνθρακας (GAC), χρησιμοποιώντας ως πρώτη ύλη για τη σύνθεσή του κελύφη φιστικιών του είδους Pistacia vera από το νησί της Αίγινας. Η πρώτη ύλη υποβλήθηκε σε χημική ενεργοποίηση με ZnCl2 και πυρόλυση με σκοπό την παραγωγή του πορώδους ενεργού άνθρακα. Οι επιφανειακές ομάδες του ενεργού άνθρακα τροποποιήθηκαν κατάλληλα με στόχο την αύξηση της εκλεκτικότητας του υλικού ως προς τον υδράργυρο. Δεδομένης της ισχυρής τάσης του υδραργύρου να συμπλοκοποιείται με το θείο (S), η τροποποίηση των επιφανειακών ομάδων πραγματοποιήθηκε με χημικό εμποτισμό θειούχου νατρίου (Na2S). Η αποτελεσματικότητα των προϊόντων ενεργού άνθρακα για απομάκρυνση του υδραργύρου αξιολογήθηκε με την διεξαγωγή πειραμάτων σε διατάξεις διαλείπουσας λειτουργίας και σταθερής κλίνης. Από τις δοκιμές διαλείπουσας λειτουργίας, με βάση την ισόθερμη Langmuir, προσδιορίστηκε ότι η μέγιστη ικανότητα προσρόφησης του απλού GAC ήταν 73 mg/g, ενώ η τροποποίηση με θείο αύξησε την προσροφητική ικανότητα μέχρι 169 mg/g. Η προσρόφηση σε συνθήκες ροής δια μέσου της κλίνης σωματιδίων τροποποιημένου ενεργού άνθρακα (GAC-S), περιγράφηκε ικανοποιητικά από το μοντέλο Bohart-Adams, που στηρίζεται στην υπόθεση ελέγχου της κινητικής από την χημική αντίδραση μεταξύ του Hg στο διάλυμα και των διαθέσιμων θέσεων προσρόφησης στην επιφάνεια του άνθρακα. Οι συγκεντρώσεις κορεσμού της κλίνης κυμαίνονταν από 34 έως 114 mg/g. Δοκιμές εκρόφησης του Hg με νερό έδειξαν ότι η προσρόφηση στον GAC-S είναι ένα ισχυρώς αναντίστρεπτο φαινόμενο. Η μέγιστη ποσότητα εκροφούμενου Hg ήταν ίση με το 7.7% της προσροφημένης ποσότητας. Η προσπάθεια απομάκρυνσης του Hg με χρήση συμπλοκοποιητικών αντιδραστηρίων και οξέων επιβεβαίωσε την αναντίστρεπτη φύση της εκρόφησης. 2 Οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε χαμηλή κλίμακα συγκεντρώσεων Hg (100-120 μg/L) έδειξαν ότι ο τροποποιημένος GAC-S που παράχθηκε στο πλαίσιο της συγκεκριμένης εργασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μείωση των συγκεντρώσεων κάτω από το όριο του 1 μg/L, αρκεί να εξασφαλισθεί χρόνος επαφής των νερών με τα σωματίδια GAC-S της τάξης των 12 min.	el
heal.abstract	Mercury is one of the most toxic metals in the aquatic environment. Human activities such as wastewater treatment and mining have led to an increase in mercury levels in freshwater. For this reason, the development of appropriate technologies for its removal from wastewater and natural waters is an important area of international research. The purpose of this study is to synthesize absorbent materials that combine low cost and high efficiency in removing this metal from contaminated water. In particular, the adsorbent selected in the present study for synthesis was granular activated carbon (GAC), using as a raw material for the composition pistachio shells of the species Pistacia vera from the island of Aegina. The raw material was subjected to chemical activation with ZnCl2 and pyrolysis in order to produce porous activated carbon. The surface groups of activated carbon have been modified to increase the selectivity of the material with respect to mercury. Due to the strong tendency of mercury to be complexed with sulfur (S), the modification of the surface groups was carried out by chemical impregnation with sodium sulfide (Na2S). The effectiveness of activated carbon products for mercury removal was assessed by conducting batch and fixed-bed experiments. From batch experiments, based on the Langmuir isotherm, it has been determined that the maximum adsorption capacity of simple GAC was 73 mg/g, while sulfur modification increased the adsorption capacity to 169 mg/g. The adsorption in flow conditions through the fixed-bed of modified activated carbon particles (GAC-S) was described by the Bohart-Adams model, which is based on the hypothesis of kinetic control by the chemical reaction between Hg in the solution and the available adsorption sites in carbon surface. Bed saturation concentrations ranged from 34 to 114 mg/g. Desorption experiments of Hg with water indicated that adsorption on GAC-S is a strongly irreversible phenomenon. The maximum amount of desorbed Hg was equal to 7.7% of the adsorbed amount. Attempts to remove Hg using complexing reagents and acids confirmed the irreversible nature of the uptake. Experiments performed at low scale Hg concentrations (100-120 μg/L) showed that the modified GAC-S produced in this study could be used to reduce concentrations below the limit of 1 μg/L, as long as the contact time of water with GAC-S particles is more than 12 min.	en
heal.advisorName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος
heal.committeeMemberName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false