Μελέτη διεργασιών απομάκρυνσης δυνητικά τοξικών στοιχείων (PTEs) με χρήση βιομηχανικών ορυκτών

Παπαδοπούλου, Ελευθερία; Papadopoulou, Eleftheria

dc.contributor.author	Παπαδοπούλου, Ελευθερία	el
dc.contributor.author	Papadopoulou, Eleftheria	en
dc.date.accessioned	2024-08-30T09:25:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60062
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27758
dc.rights	Default License
dc.subject	Άργιλος	el
dc.subject	Ορυκτό	el
dc.subject	Ρόφηση	el
dc.subject	Μόλυβδος	el
dc.subject	Τοξικό στοιχείο	el
dc.subject	Potentially Toxic Elements (PTEs)	en
dc.subject	Industrial minerals	en
dc.subject	Toxicelements (PTEs)	en
dc.title	Μελέτη διεργασιών απομάκρυνσης δυνητικά τοξικών στοιχείων (PTEs) με χρήση βιομηχανικών ορυκτών	el
dc.title	Study of potentially toxicelements (PTEs) removal processes using industrial minerals	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Γεωλογία	el
heal.dateAvailable	2025-08-29T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-23
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει τα αποτελέσματα σε ό,τι αφορά τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη σταθεροποίηση Δυνητικά Τοξικών Στοιχείων (ΔΤΣ) που δύναται να απαντώνται σε ρυπασμένα ύδατα και εδάφη με χρήση βιομηχανικών ορυκτών. Τα τελευταία χρόνια διάφορα βιομηχανικών ορυκτών, συμπεριλαμβανομένων των αργίλων, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην απορρύπανση εδαφών και νερών, με την αποδοτικότητά τους να αποδίδεται κυρίως στις ιδιαίτερες δομικές και φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Η απομάκρυνση των Δυνητικά Τοξικών Στοιχείων (ΔΤΣ) από υδατικά διαλύματα μπορεί να οφείλεται σε αντιδράσεις ιοντοενναλλαγής, επιφανειακής συμπλοκοποίησης και καθίζησης. Ωστόσο, το σύστημα υδατικό διάλυμα-άργιλος-ΔΤΣ είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο, και οι διεργασίες οι οποίες ελέγχουν τη σταθεροποίηση των ΔΤΣ δεν είναι πλήρως κατανοητές. Η μεθοδολογία της παρούσας έρευνας στηρίζεται στη μελέτη του υδατικού συστήματος αργίλου-ΔΤΣ, μέσω σταδιακής αύξησης της πολυπλοκότητάς του. Αυτό πραγματοποιήθηκε δίνοντας αρχικά έμφαση σε μονοστοιχειακά υδατικά διαλύματα νιτρικών αλάτων Pb και Cu, ενώ κατόπιν μελετήθηκε η κατακράτηση των ΔΤΣ, τα οποία ελευθερώνονται στο υδατικό εκχύλισμα. Η παρούσα έρευνα είναι μια συγκριτική μελέτη, με σκοπό τη σύνδεση των φαινομενολογικών παρατηρήσεων αναφορικά με την κατακράτηση των ΔΤΣ από διαφορετικούς τύπους αργιλικών υλικών με τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στη ζώνη αλληλεπίδρασης αργίλου- διαλύματος. Τα ροφητικά υλικά που μελετήθηκαν περιλαμβάνουν μια Fe-Mg-ούχα άργιλο πλούσια σε παλυγορσκίτη (GCM) από τη Βόρεια Ελλάδα, καθώς και μια παλυγορσκιτική άργιλο (ACM) από τη λίμνη Νερραμύνε της Δ. Αυστραλίας. Οι ορυκτολογικές, δομικές και φυσικοχημικές ιδιότητες των αργίλων μελετήθηκαν εκτενώς. Τα δύο παλυγορσκιτικά δείγματα που μελετήθηκαν (>70% παλυγορσκίτης), GCM και ACM, παρουσιάζουν ινώδη υφή, μικρή ιοντοενναλακτική ικανότητα (CEC≈0.3 meq/g), υψηλό σημείο μηδενικού φορτίου (PZC≈9) και μεγάλη ειδική επιφάνεια (SSA>125 m2/g). H ροφητική ικανότητα των αργίλων ως προς τον Pb μελετήθηκε υπό στατικές και δυναμικές πειραματικές συνθήκες, και συγκρίθηκε ως προς αυτή του Cu, ώστε να προσδιοριστεί η ροφητική συμπεριφορά και οι μηχανισμοί κατακράτησης σε κάθε περίπτωση. Η ικανότητα κατακράτησης του Pb και του Cu από τις εξεταζόμενες αργίλους υπό στατικές συνθήκες είναι GCM = ACM, με μέγιστες συγκεντρώσεις 26.3-44.5 mg/g για τον Pb και 6.8-20.3 mg/g για τον Cu, αντίστοιχα. Σε δυναμικές συνθήκες, η ροφητική ικανότητα του GCM βρέθηκε ενισχυμένη τόσο για τον Pb όσο και για τον Cu. Για την ποσοτικοποίηση της συμμετοχής κάθε διαδικασίας, δηλαδή της ιοντοενναλλαγής, της επιφανειακής συμπλοκοποίησης και της καθίζησης, στην ολική απομάκρυνση του Pb και του Cu των υδατικών διαλυμάτων συναρτήσει των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των εξεταζόμενων ροφητών, κατασκευάστηκε ένα γενικό μοντέλο ρόφησης. Η κατακράτηση του Pb εξαρτάται πολύ από το pH, οπότε υπάρχει καθίζηση μολυβδούχων φάσεων επί της αργιλικής επιφάνειας σε αλκαλικό pH (όπως οξειδίων) ή λόγω υπερκορεσμού (όπως ανθρακικών). Αντιθέτως, η κατακράτηση του Cu επηρεάζεται λιγότερο από το pH, και υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες, δεν παρατηρήθηκε η δημιουργία ιζημάτων. Γενικά, το είδος και οι ιδιότητες των αργιλικών υλικών επηρεάζουν τη ροφητική τους συμπεριφορά ως προς τα ΔΤΣ, με την προϋπόθεση ότι απουσιάζουν ανταγωνιστικές ουσίες στο διάλυμα. Ωστόσο σε φυσικά συστήματα, όπου η ύπαρξη «ξένων» ουσιών μπορεί να δρα θετικά ή αρνητικά στη ρόφηση, η σταθεροποίηση των μετάλλων θα εξαρτάται από τις ιδιότητες του ίδιου του υδατικού ή εδαφικού δείγματος, οι οποίες και ελέγχουν τη ροφητική δράση των αργιλικών υλικών.	el
heal.abstract	This thesis presents the results regarding the processes that take place during the stabilization of Potentially Toxic Elements (PTEs) that can be found in polluted waters and soils using industrial minerals. In recent years, various industrial minerals, including clays, have been widely used in the decontamination of soils and waters with their efficiency being attributed mainly to their particular structural and physicochemical properties. The removal of Potentially Toxic Elements (PTEs) from aqueous solutions can be due to ion exchange, surface complexation and precipitation reactions. However, the aqueous solution-clay- PTEs system is highly complex, and the processes that control the stabilization of PTEs are not fully understood. The methodology of the present research is based on the study of the clay-PTEs water system, through a gradual increase in its complexity. This was done by initially emphasizing single-element aqueous solutions of Pb and Cu nitrates, while then the retention of PTEs, which are released in the aqueous extract, was studied. The present research is a comparative study, with the aim of connecting the phenomenological observations regarding the retention of PTEs by different types of clay materials with the processes that take place in the clay-solution interaction zone. The sorbent materials studied include an Fe-Mg-rich palygorskite clay (GCM) from Northern Greece, as well as a palygorskite clay (ACM) from Lake Nerramyne, W. Australia. The mineralogical, structural and physicochemical properties of clays were extensively studied. The two palygorskite samples studied (>70% palygorskite), GCM and ACM, show fibrous texture, low ion exchange capacity (CEC≈0.3 meq/g), high point of zero charge (PZC≈9) and increased specific surface area (SSA>125 m2 /g). The sorption capacity of the clays towards Pb was studied under static and dynamic experimental conditions, and compared to that of Cu, in order to determine the sorption behavior and retention mechanisms in each case. The retention capacity of Pb and Cu by the examined clays under static conditions was GCM = ACM, with maximum concentrations of 26.3-44.5 mg/g for Pb and 6.8-20.3 mg/g for Cu, respectively. Under dynamic conditions, the sorption capacity of GCM was found to be enhanced for both Pb and Cu. To quantify the participation of each process, namely ion exchange, surface complexation and precipitation, in the total removal of Pb and Cu from aqueous solutions as a function of the physicochemical properties of the examined sorbents, a general sorption model was constructed. Pb retention is highly pH dependent, so there is precipitation of lead phases on the clay surface at alkaline pH (such as oxides) or due to supersaturation (such as carbonates). In contrast, Cu retention is less affected by pH, and under these conditions, no precipitation was observed. [v] In general, the type and properties of the clay materials affect their sorption behavior towards PTEs, provided that competing substances are absent in the solution. However, in natural systems, where the presence of "foreign" substances can have a positive or negative effect on sorption, the stabilization of metals will depend on the properties of the water or soil sample itself, which control the sorption action of clay materials
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήρης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	136 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false