Προσομοίωση και βελτιστοποίηση προσροφητικών υλικών από προκατεργασμένη βιομάζα για την απομάκρυνση Cr(VI) από υδατικά διαλύματα-Προσέγγιση του severity factor

Γκαντέλα, Χρυσούλα; Gkantela, Chrysoula

dc.contributor.author	Γκαντέλα, Χρυσούλα	el
dc.contributor.author	Gkantela, Chrysoula	en
dc.date.accessioned	2022-10-13T09:23:22Z
dc.date.available	2022-10-13T09:23:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55913
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23611
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Τεχνο-οικονομικά συστήματα”	el
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	Παράγοντας σοβαρότητας	el
dc.subject	Προσρόφηση	el
dc.subject	Cr(VI)	el
dc.subject	Προκατεργασμένη βιομάζα	el
dc.subject	Βαρέα μέταλλα	el
dc.subject	Severity factor	en
dc.subject	Adsorbance	en
dc.subject	Cr(VI)	en
dc.subject	Pretreated biomass	en
dc.subject	Heavy metals	en
dc.title	Προσομοίωση και βελτιστοποίηση προσροφητικών υλικών από προκατεργασμένη βιομάζα για την απομάκρυνση Cr(VI) από υδατικά διαλύματα-Προσέγγιση του severity factor	el
dc.title	Simulation and optimization of adsorbent materials made from pretreated biomass for Cr(VI) removal from aquatic solutions-Severity factor approach	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Φυσικοχημικές διεργασίες	el
heal.classification	Physicochemical processes	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-06-07
heal.abstract	Τα βαρέα μέταλλα εισέρχονται στο περιβάλλον από τις βιομηχανίες υφασμάτων, πλαστικών, καθώς και από εξορυκτικές, ηλεκτρολυτικές και μεταλλουργικές διεργασίες. Τα βαρέα μέταλλα εκ φύσεως δε βιοδιασπώνται, αντιθέτως παραμένουν στο περιβάλλον για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Ανάμεσα στα βαρέα μέταλλα, βρίσκεται και το χρώμιο, το οποίο απαντάται κυρίως σε δύο οξειδωτικές καταστάσεις [Cr(III), Cr(IV)]. Το χρώμιο είναι αρκετά τοξικό και συσσωρεύτεται στην τροφική αλυσίδα επηρεάζοντας τους ζόντες οργανισμούς του οικοσυστήματος. Κατά συνέπεια, είναι αναγκαία η επεξεργασία του ρυπασμένου, από Cr(VI), νερού με σκοπό την απομάκρυνσή του. Διάφορες τεχνολογίες μελετώνται για την απομάκρυνση του Cr(VI) μεταξύ των οποίων είναι και η προσρόφηση. Η συμβατική επεξεργασία ορίζει ως μέσο προσρόφησης τον κοκκώδη ενεργό άνθρακα. Όμως, η διεργασία αυτή χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλό λειτουργικό κόστος, καθώς και από παραγωγή ανεπιθύμητης ιλύος. Για αυτούς τους λόγους, κρίνεται απαραίτητη η ανάπτυξη νέων προσροφητών με ικανοποιητικές ικανότητες προσρόφησης. Στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε η ικανότητα προσρόφησης πριονιδιού ελάτης, έπειτα από προκατεργασία με οργανικό διαλύτη με σκοπό την απομάκρυνση Cr(VI) από υδατικά διαλύματα. Τα σχετικά πειράματα έλαβαν χώρα σε θερμοκρασίες 160, 180, 200, 220 oC, σε ισοθερμοκρασιακούς χρόνους 0 και 50 min σε αυτοκαταλυόμενες αντιδράσεις, καθώς και σε αντιδράσεις καταλυόμενες από θειικό οξύ. Για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών προκατεργασίας της βιομάζας, υπολογίστηκε ο παράγοντας σοβαρότητας (severity factor, SF), συσχετίστηκε με την ικανότητα προσρόφησης, όπως αυτή υπολογίστηκε από την εξίσωση Langmuir (εξίσωση 14) και συγκρίθηκε με αντίστοιχα πειράματα στη διεθνή βιβλιογραφία. Λαμβάνοντας υπόψη τα πειραματικά δεδομένα και συγκεκριμένα το Σχήμα 1δ, παρατηρείται ότι η μέγιστη προσρόφηση συμβαίνει όταν ο SF κυμαίνεται από 2,01 έως 2,46. Ο συνδυασμένος SF προκύπτει από το συνδυασμό τριών διαφορετικών παραμέτρων (θερμοκρασία, pH, ισοθερμοκρασιακός χρόνος). Επομένως, για την επίτευξη του SF αυτού του εύρους, υπάρχουν πολλοί συνδυασμοί αυτών των παραμέτρων. H διεργασία ήταν πιο αποδοτική για pH 1,73–3,42. Η μέγιστη ικανότητα προσρόφησης (318,31 mg/g) πραγματοποιήθηκε για pH 1,73. Οι μεγαλύτερες ικανότητες προσρόφησης παρατηρήθηκαν για θερμοκρασία ≥180 oC. Ωστόσο, η μέγιστη ικανότητα προσρόφησης πραγματοποιήθηκε για θερμοκρασία 180 oC. Βάσει των πειραματικών δεδομένων, οι μεγαλύτερες ικανότητες προσρόφησης παρατηρήθηκαν για χρόνο επαφής 50 min. Επίσης, οι μέγιστες ικανότητες προσρόφησης Cr(VI) σημειώθηκαν όταν η βιορποσροφητής περιείχε κυτταρίνη 54,73% και λιγνίνη 38,83%, ενώ η ειδική επιφάνεια ήταν 2,026 m2/g.	el
heal.abstract	Heavy metals enter into the environment from the textile and plastics industries, as well as from mining, electroplating and metallurgical processes. Heavy metals are not biodegradable by nature, as they remain in the environment for a very long time. Among heavy metals is chromium, which mainly exists in two oxidation states, [Cr(III), Cr(IV)]. Chromium is quite toxic and accumulates in the food chain affecting the living organisms of the ecosystem. Therefore, it is necessary to treat the water contaminated by Cr(VI) in order to remove it. Various technologies are being studied for Cr(VI) removal, including adsorption. Conventional treatment defines granular activated carbon as the adsorbent. However, this process is characterized by relatively high operating costs, as well as by the generation of unwanted sludge. For these reasons, it is necessary to develop new adsorbents with efficient adsorption capacities. In the present work, the adsorption capacity of spruce sawdust was studied, after pretreatment with an organic solvent in order to remove Cr(VI) from aqueous solutions. The relevant experiments took place at temperatures of 160, 180, 200, 220 oC, at isothermal times of 0 and 50 min in autocatalyzed reactions, as well as in reactions catalyzed by sulfuric acid. In order to find the optimal pretreatment conditions for biomass, the severity factor (SF) was calculated, correlated with the adsorption capacity, as calculated by the Langmuir equation, and compared to similar experiments in the international literature. Taking into account the experimental data and in particular Figure 1d, it is observed that the maximum adsorption occurs when the SF ranges from 2.01 to 2.46. The SF results from the combination of three different parameters (temperature, pH, isothermal time). Therefore, to achieve the SF of this range, there are many combinations of these parameters. The process was more efficient for pH 1.73–3.42. Maximum adsorption capacity (318.31 mg/g) was performed for pH 1.73. The highest adsorption capacities were observed for temperature ≥180 oC. However, the maximum adsorption capacity was achieved for a temperature of 180 oC. Based on the experimental data, the highest adsorption capacities were observed for an isothermal time of 50 min. Also, the maximum adsorption capacities of Cr (VI) were observed when the biorosorbent contained 54.73% of cellulose and 38.83% of lignin, while the specific surface area was 2.026 m2/g.	en
heal.advisorName	Σιδηράς, Δημήτρης	el
heal.advisorName	Πολίτη, Δωροθέα	el
heal.committeeMemberName	Σιδηράς, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Πολίτη, Δωροθέα	el
heal.committeeMemberName	Φλάμος, Αλέξανδρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false