Σταθεροποίηση δυνητικώς τοξικών στοιχείων σε υδατικά μονομεταλλικά διαλύματα με τη χρήση γεωϋλικών ως απορρυπαντές φυσικών συστημάτων.

Τραπατσέλη, Μυρτώ; Trapatseli, Myrto

dc.contributor.author	Τραπατσέλη, Μυρτώ	el
dc.contributor.author	Trapatseli, Myrto	en
dc.date.accessioned	2025-09-10T11:28:36Z
dc.date.available	2025-09-10T11:28:36Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62414
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30110
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.description
dc.rights	Default License
dc.subject	Δυνητικά Τοξικά Στοιχεία (ΔΤΣ)	el
dc.subject	Βιομηχανικοί άργιλοι	el
dc.subject	Απορρύπανση φυσικών συστημάτων	el
dc.subject	Ρόφηση	el
dc.subject	Γεωυλικά	el
dc.subject	Potentially Toxic Elements (PTEs)	en
dc.subject	Industrial clays	en
dc.subject	Decontamination of natural systems	en
dc.subject	Sorption	en
dc.subject	Geomaterials	en
dc.title	Σταθεροποίηση δυνητικώς τοξικών στοιχείων σε υδατικά μονομεταλλικά διαλύματα με τη χρήση γεωϋλικών ως απορρυπαντές φυσικών συστημάτων.	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Stabilization of potentially toxic elements in aqueous monometallic solutions using geomaterials as decontaminating agents for natural systems.	el
heal.classification	Εφαρμοσμένη γεωχημεία, Περιβαλλοντική γεωχημεία, Χημεία, Επιστήμη Υλικών, Γεωυλικά	el
heal.classification	Applied Geochemistry, Environmental Geochemistry, Chemistry, Materials Science, Geomaterials	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-25
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 ή PTEs) που δύναται να απαντώνται σε ρυπασμένα ύδατα και εδάφη με χρήση βιομηχανικών ορυκτών. Τα τελευταία χρόνια διάφορα βιομηχανικά ορυκτά, 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 σμεκτική άργιλο πλούσια σε μοντμοριλλονίτη (ΜCM) από τη Μήλο. Οι ορυκτολογικές, δομικές και φυσικοχημικές ιδιότητες των αργίλων μελετήθηκαν εκτενώς. Τα δύο δείγματα που μελετήθηκαν, GCM (>70% παλυγορσκίτης) και ΜCM (~80% μοντμορολλονίτης), παρουσιάζουν ινώδη και πλακώδη-λεπιοειδή υφή αντίστοιχα, μικρή ιοντοενναλακτική ικανότητα CEC≈0.3 meq/g για το δείγμα παλυγορσκίτη, και υψηλή CEC≈0.9 meq/g για το δείγμα μοντμοριλλονίτη, υψηλό σημείο μηδενικού φορτίου (PZC≈8-9) 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 = ΜCM, 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 smectite- rich in montmorillonite- clay (MCM) from Milos island. The mineralogical, structural and physicochemical properties of clays were extensively studied. GCM sample (>70% palygorskite), and MCM sample (~80% montmorillonite), show fibrous texture and layered-flaky texture respectively. GCM sample demonstrates low ion exchange capacity (CEC≈0.3 meq/g) in contrast with MCM sample (CEC≈0.9 meq/g). Both samples show high point of zero charge (PZC≈8-9) 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 = MCM, 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. 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.	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.advisorName	Pavlatou, Evangelia	en
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Kyritsis, Apostolos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	152 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false