Προσρόφηση βαρέων μετάλλων σε υδατικά διαλύματα με χρήση ατταπουλγίτη

Abstract

Αντικείμενο της διατριβής είναι η απομάκρυνση με προσρόφηση των βαρέων μετάλλων ψευδάργυρος και νικέλιο από υδατικά διαλύματα με τη χρήση του ορυκτού ατταπουλγίτης. Σκοπός της είναι να διαπιστωθεί κατά πόσο ορισμένες μεταβλητές μπορούν να επιδράσουν στο φαινόμενο της προσρόφησης για ορισμένες συνθήκες και για τα δεδομένα υλικά. Ο ατταπουλγίτης εκλαμβάνεται και αναφέρεται στην εργασία ως προσροφητικό υλικό ή αλλιώς προσροφητικό μέσο, λόγω των διαπιστωμένων ιδιοτήτων του να έλκει και να δεσμεύει στην επιφάνειά του κατιόντα όταν έρθει σε επαφή με ένα υδατικό διάλυμα που τα περιέχει (Haden 1961, Murray 1999) ενώ τα βαρέα μέταλλα Ni, Zn εκλαμβάνονται ως ρύποι. Η εργασία αποτελείται από θεωρητικό και πρακτικό μέρος. Στο θεωρητικό μέρος αναφέρονται γενικές πληροφορίες για τα υλικά του πειράματος, τη διαδικασία της προσρόφησης και παρουσιάζονται συνοπτικά ορισμένα μοντέλα ισόθερμης προσρόφησης τα οποία και χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων του πειραματικού μέρους. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση της δομής, της σύστασης και ορισμένων ιδιοτήτων του ατταπουλγίτη. Ακολουθεί το πειραματικό μέρος όπου εκεί παρουσιάζονται τα δεδομένα και τα αποτελέσματα των εργαστηριακών εργασιών. Σε αυτό το μέρος μελετάται και παρουσιάζεται πως ορισμένες μεταβλητές μπορούν να επηρεάσουν τη διαδικασία της προσρόφησης των μετάλλων Zn,Ni στο ορυκτό ατταπουλγίτης. Οι μεταβλητές αυτές είναι: 1) η αρχική τιμή pH του διαλύματος, 2) η ποσότητα του υλικού προσρόφησης και, 3) η αρχική τιμή συγκέντρωσης των μετάλλων στο υδατικό διάλυμα σε σταθερή τιμή θερμοκρασίας. Έπειτα από την παρουσίαση των αποτελεσμάτων γίνεται συζήτησή τους και προσπάθεια ερμηνείας τους και διεξαγωγής συμπερασμάτων. Διαπιστώθηκε πως η μεταβολή του pH επιδρά σημαντικά στο φαινόμενο της προσρόφησης με τις τιμές pH=5-7 να είναι οι πιο ευνοϊκές. Η αύξηση της ποσότητας του προσροφητικού υλικού φαίνεται να οδηγεί σε αύξηση του ποσοστού μείωσης των μετάλλων στο υδατικό διάλυμα, αλλά και σε μείωση της ποσότητας τους στην επιφάνεια του ορυκτού (qe). Η αύξηση της συγκέντρωσης των μετάλλων στο υδατικό διάλυμα οδηγεί σε αύξηση της qe αλλά και σε μείωση του ποσοστού απομάκρυνσης των μετάλλων. Ο μηχανισμός απομάκρυνσης των μετάλλων από το υδατικό διάλυμα θεωρείται πως είναι αυτός της προσρόφησης, τον οποίο περιγράφει το μοντέλο Langmuir που φαίνεται να εφαρμόζει καλύτερα στα πειραματικά δεδομένα. Στην εργασία δεν εξετάστηκε το ενδεχόμενο απομάκρυνσής των μετάλλων με καθίζηση.

Το πείραμα διεξάχθηκε στην Αθήνα, στο τμήμα Αξιοποίησης Φυσικών Πόρων και Γεωργικής Μηχανικής του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών, στο εργαστήριο Γεωργικής Υδραυλικής.

The object of this thesis is the removal of heavy metals zinc and nickel from aqueous solutions by using the mineral attapulgite. The purpose of this work is to determine whether certain variables can affect the adsorption effect in certain conditions and by using certain materials. In this work αttapulgite is perceived and referred to as adsorption material or adsorbent due to its confirmed properties to attract and bind to its surface cations when it comes into contact with an aqueous solution containing them (Haden 1961, Murray 1999, while heavy metals Ni, Zn are perceived as pollutants. This thesis consists of a theoretical and experimental part. The theoretical part provides general information on the materials of the experiment, the adsorption process and on three isothermal adsorption models which are used to process the results of the experimental part. After this, information is given about the techniques used to analyse the structure, composition and certain properties of attapulgite. This is followed by the experimental part where the data and results of the laboratory work are presented. In this part is studied and shown how certain variables can affect the process of adsorption of Zn,Ni metals onto the mineral attapulgite. These variables are: 1) the initial pH value of the aqueous solution, 2) the amount of adsorption material and, 3) the initial concentration of the metals in the aqueous solution at a constant temperature. After this, the results are discussed and an attempt is made to interpret them. It was found that the change of pH has a significant effect on the adsorption with pH=5-7 values being the most favorable. Increase in adsorbent concentration resulted in an increase in percent removal of metals but also in a decrease of their amount on the surface of the mineral (qe). Also, increase of metal concentration in the aqueous solution resulted in an increase of qe but also in a decrease in percent removal of metals from aqueous solution. The mechanism of metal removal from the aqueous solution is considered to be that of adsorption, described by the Langmuir model which appears to apply more well to experimental data. The experiment was conducted in Agricultural University of Athens, at the Laboratory of Agricultural Hydraulics of Department of Natural Resources and Agricultural Engineering.