Παραγωγή νανοσύνθετων υλικών για την επεξεργασία νερών μικτής ρύπανσης

Νικήτα, Νικολέττα-Ζαφειρούλα; Nikita, Nikoletta-Zafeiroula

dc.contributor.author	Νικήτα, Νικολέττα-Ζαφειρούλα	el
dc.contributor.author	Nikita, Nikoletta-Zafeiroula	en
dc.date.accessioned	2024-04-01T09:23:38Z
dc.date.available	2024-04-01T09:23:38Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59080
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26776
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	Επεξεργασία νερών μικτής ρύπανσης	el
dc.subject	Παραγωγή νανοσύνθετων υλικών	el
dc.title	Παραγωγή νανοσύνθετων υλικών για την επεξεργασία νερών μικτής ρύπανσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-31
heal.abstract	Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η παραγωγή ενός νανοσύνθετου υλικού, το οποίο να μπο-ρεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα τελικό στάδιο καθαρισμού για την απομάκρυνση ρύπων από επεξεργασμένα υδατικά απόβλητα με στόχο την βελτίωση της ποιότητας τους ώστε να είναι κατάλληλα για επαναχρησιμοποίηση. Το νανοσύνθετο υλικό το οποίο παράχθηκε αποτε-λούνταν από μια μακροπορώδη χηλική κατιοντική ρητίνη με λειτουργικές ομάδες ιμινοδιο-ξικού οξέος (Amberlite IRC748), στο πορώδες της οποίας ενσωματώθηκαν νανοσωματίδια στοιχειακού σιδήρου. Η αποτελεσματικότητα του υλικού αυτού αξιολογήθηκε πραγματοποιώντας δοκιμές σε στήλες. Το διάλυμα τροφοδοσίας αποτελούνταν από νερό δικτύου στο οπoίο εφαρμόσθηκε τεχνητή επιρρύπανση με την προσθήκη Cr(VI), As(V), Cu, Ni, Pb, Cd και Zn. Τα στοιχεία αυτά προστέθηκαν στο διάλυμα τροφοδοσίας σε συγκεντρώσεις που να υπερβαίνουν από 5 έως 10 φορές τα όρια έχουν θεσπισθεί από την Ελληνική νομοθεσία (ΦΕΚ 354/B/2011) για την δυνατότητα αξιοποίησης επεξεργασμένων υδατικών αποβλήτων σε άλλες χρήσεις. Οι αναμενόμενοι μηχανισμοί δράσης του υλικού αυτού ήταν οι ακόλουθοι: • Aναγωγική δράση του στοιχειακού νανοσιδήρου nZVI, μέσω της οποίας: (α) το τοξικό εξασθενές χρώμιο ανάγεται σε τρισθενές (Cr(VI)Cr(III)) και καταβυθίζεται, (β) τα κατιόντα με θετικότερο δυναμικό αναγωγής από τον σίδηρο (π.χ. Cu+2, Ni+2, Pb+2) ανάγονται σε στοιχειακή μορφή και προσκολλώνται στα νανοσωματίδια του νανοσι-δήρου. • Προσρόφηση στο επιφανειακό στρώμα οξειδίων/υδροξειδίων του σιδήρου, π.χ. Fe(ΟΗ)3, που αναπτύσσεται σαν κέλυφος γύρω από τον μεταλλικό νανοσίδηρο. Θε-ωρείται ο κύριος μηχανισμός συγκράτησης του As(V) καθώς και μεταλλικών κατιό-ντων με χαμηλότερο δυναμικό αναγωγής από τον Fe, π.χ. Zn+2. • Δέσμευση των κατιοντικών ρύπων από την ρητίνη. Επιλέχθηκε η ρητίνη Amberlite IRC748 λόγω της εκλεκτικότητας που παρουσιάζει για τα βαρέα μέταλλα σε σύγκρι-ση με τα κατιόντα Ca+2 και Mg+2 που βρίσκονται σε υψηλές συγκεντρώσεις στα πε-ρισσότερα ρεύματα επεξεργασμένων υδατικών αποβλήτων. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε 4 στήλες I(C), I, II και ΙΙΙ. Στην στήλη I(C) τοποθετήθη-κε η απλή ρητινή (RNa2) χωρίς νανοσίδηρο και στις στήλες Ι, ΙΙ και ΙΙΙ, τοποθετήθηκε το να-νοσύνθετο υλικό RnZVI. Οι χρόνοι επαφής του διαλύματος με τα σφαιρίδια της ρητίνης στις στήλες I(C), I, II και ΙΙΙ ήταν αντίστοιχα 2.8, 2.6, 5.5 και 6.3 min. Από τις δοκιμές προέκυψε ότι το RnZVI ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματικό για την απομάκρυν-ση του Cu και του Cr(VI). Συγκεκριμένα, για τον Cu, με μικρό χρόνο επαφής (τ=2.6 min), ήταν δυνατή η απομάκρυνσή του από ποσότητα διαλύματος μεγαλύτερη από 7800 λίτρα διαλύματος ανά λίτρο κλίνης. Η αντίστοιχη φόρτιση της κλίνης σε χαλκό ήταν >15600 mg Cu ανα λίτρο κλίνης. Εκτιμάται ότι κύριος μηχανισμός απομάκρυνσης είναι η δημιουργία χηλικών συμπλόκων με τις ομάδες ιμινοδιοξικού οξέος της ρητίνης. Η απομάκρυνση του Cr(VI) από το σύνθετο υλικό R-nZVI έλαβε χώρα μέσω της αναγωγής από τον στοιχειακό νανοσίδηρο, δεδομένου ότι στη στήλη ελέγχου (χωρίς nZVI) δεν παρα-τηρήθηκε καμία απομάκρυνση. Διαπιστώθηκε ότι η αποτελεσματικότητα της απομάκρυν-σης εξαρτάται από τον χρόνο επαφής. Με χρόνο επαφής 5.5 min επιτεύχθηκε αποτελεσμα-τική επεξεργασία περίπου 3800 λίτρων διαλύματος ανά λίτρο κλίνης. Υπολογίστηκε ότι με μεγαλύτερο χρόνο επαφής ~15 min μπορεί να επιτευχθεί αποτελεσματική απομάκρυνση για ποσότητα διαλύματος μεγαλύτερη από 7730 λίτρα ανά λίτρο κλίνης. Η αντίστοιχη φόρτιση της κλίνης σε Cr ανέρχεται σε 3780 mg ανά λίτρο κλίνης. Για τους άλλους ρύπους η ποσότητα του διαλύματος για την οποία επιτεύχθηκε αποτελε-σματική απομάκρυνση του κάθε ρύπου ήταν ίση με 2100, 600, 440, 440 και 400 λίτρα δια-λύματος ανά λίτρο κλίνης R-nZVI, για τον Pb, το Ni, τον Zn, το Cd και το As αντίστοιχα. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα η σειρά αποτελεσματικότητας του νανοσύνθετου υλικού για την απομάκρυνση των ρύπων κατά την επεξεργασία αυτού του διαλύματος μικτής ρύπαν-σης ήταν η ακόλουθη: Cu > Cr(VI) >Pb >Ni > Cd~Zn>As(V) Δεν παρατηρήθηκε σημαντική απομάκρυνση των κύριων κατιόντων Ca και Mg. Διαπιστώ-θηκε δηλαδή ότι λαμβάνει χώρα εκλεκτική απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων, κυρίως Cu και Pb, χωρίς ανταγωνιστική προσρόφηση των Ca και Mg, παρά την υψηλότερη συγκέντρω-σή τους.	el
heal.advisorName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Χαλικιά, Ηλιάνα	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false