EN Determination of sorption capacity of natural origin materials in removal of selected organic and inorganic impurities from water systems

polski

PL Nadrzędnym celem rozprawy doktorskiej było określenie zdolności sorpcyjnych wybranych materiałów pochodzenia naturalnego w usuwaniu wybranych zanieczyszczeń nieorganicznych (jonów metali szkodliwych dla środowiska niklu(II), miedzi(II), cynku(II), kadmu(II) oraz ołowiu(II)) i organicznych (kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy, fenol oraz barwniki syntetyczne) z układów wodnych. W pierwszym etapie realizacji badań określono właściwości fizykochemiczne stosowanych adsorbentów − torfu, trocin topoli, kłoci wiechowatej, didymo, chityny oraz układu chityna – lignina. Wyznaczone właściwości fizykochemiczne wybranych materiałów jednoznacznie wskazały na ich znaczące możliwości aplikacyjne w charakterze adsorbentów wybranych zanieczyszczeń układów wodnych. Następnie w ramach oceny zdolności sorpcyjnych materiałów pochodzenia naturalnego, przeprowadzono serię testów adsorpcji, w stosunku do analizowanych zanieczyszczeń: nieorganicznych oraz organicznych. Dobór optymalnych warunków prowadzenia procesu (czas kontaktu, pH układu, masa adsorbentu, stężenie adsorbatu oraz temperatura) okazał się kluczowy w ocenie skuteczności usuwania wybranych zanieczyszczeń z układów modelowych.Stosując modele kinetyki pseudo-pierwszego i pseudo-drugiego rzędu oraz modele izoterm, możliwym było przeprowadzenie opisu teoretycznego zrealizowanego procesu. Analiza parametrów równowagowych potwierdziła z kolei nieznaczną różnicę współczynnika korelacji wyznaczonego dla modelu izotermy Langmuira oraz Freundlicha, co wskazuje na złożony mechanizm procesu usuwania wybranych zanieczyszczeń przez wyselekcjonowane adsorbenty pochodzenia naturalnego. Obliczone parametry termodynamiczne pozwoliły okreslić efekt energetyczny i spontaniczność zrealizowanego procesu adsorpcji. Kluczowym zagadnieniem była ocena możliwości regeneracji zużytych adsorbentów, zrealizowana poprzez serię testów desorpcji. W toku badań potwierdzono możliwość usunięcia zaadsorbowanych zanieczyszczeń z powierzchni materiałów pochodzenia naturalnego, z wykorzystaniem odpowiedniego czynnika desorbującego. Wymiernym i utylitarnym aspektem przeprowadzonych badań były testy adsorpcji zrealizowane na układach ścieków rzeczywistych pochodzących z przemysłu galwanicznego oraz akumulatorowego. Najbardziej efektywnym materiałem w tym aspekcie okazało się didymo, które najlepiej adsorbowało jony ołowiu(II), a najgorzej jony niklu(II). Najmniej skutecznymi adsorbentami w przypadku układów ścieków rzeczywistych okazały się trociny oraz chityna. Wyniki zaprezentowane w ramach niniejszej rozprawy doktorskiej potwierdziły osiągnięcie założonego celu. Zastosowane w pracy adsorbenty pochodzenia naturalnego torf, trociny topoli, kłoć wiechowata, didymo, chityna oraz układ chityna – lignina okazały się efektywnymi adsorbentami jonów metali szkodliwych dla środowiska oraz wybranych związków organicznych. Wszelkie próby podjęte w kierunku wykorzystania niniejszych materiałów w usuwaniu zanieczyszczeń układów wodnych potwierdzają, że w niedalekiej przyszłości mogą one mieć istotne znaczenie w oczyszczalniach ścieków przemysłowych, a przede wszystkim stać się podstawą niskokosztowych i bezodpadowych technologii zagospodarowania odpadów.

EN The overriding purpose of the PhD dissertation was determination of sorption capacity of selected natural origin materials used for removal of selected inorganic pollutants (environment harmful metal ions nickiel(II), copper(II), zinck(II), cadmum(II) and lead(II)) ) and organic (2,4-dichlorophenoxyacetic acid, phenol and organic dyes) from aqueous systems. In the first stage of the research the physicochemical properties of selected adsorbents – peat, poplar sawdust, Cladium mariscus, didymo, chitin and chitin-lignin composite were determined. Physicochemical properties of selected materials indicated clearly their significant application possibilities as adsorbents of selected water systems pollutants. In the next step, within evaluation of sorption capacity of natural origin materials, the series of adsorption tests were carried out with regard to inorganic and organic pollutants. Selection of optimal process conditions (contact time, system pH, adsorbent mass, adsorbate concentration and temperature) was crucial in the evaluation of removal effectiveness of selected ions from model systems. Using pseudo-first and pseudo-second order kinetics and isotherm models, it was possible to carry out a theoretical description of the process. In turn, analysis of equilibrium parameters confirmed a slight difference in correlation coefficients determined for Langmuir and Freundlich isotherm models. It indicates a complex mechanism of removal of impurities applying selected natural origin adsorbents. The calculated thermodynamic parameters allowed to estimate the energetic effect as well as spontaneous nature of adsorption process. The key issue was evaluation of regeneration possibility of adsorbents which was performed with a series of tests. The result of study confirmed removing possibility of adsorbed pollutants from surface of natural origin materials, using an appropriate desorbing agent. The measurable and utilitarian aspect of the performed research was adsorption tests carried out on real waste water systems, coming from galvanic and battery industry. The most effective material was didymo, which was the best adsorbent for lead(II) ions and the worst for nickel(II) ions. The least effective adsorbents of real water systems were sawdust and chitin. The results presented in this doctoral dissertation confirmed the succesfull realization of assumed target. The natural origin materials used in the research - peat, poplar sawdust, Cladium mariscus, didymo, chitin and chitin-lignin composite were effective adsorbent of environment harmful metal ions and selected organic compounds. Any attempts undertaken in order to using these materials in removal of water systems pollutants confirm that in near future they may have an enormous influence in industrial waste water treatment plant but above all, they may become the basis of low-cost and waste-free waste management technology.

250

nauki chemiczne

technologia chemiczna

DrOIN 1857

to20189987

Pobierz plik

publiczny

Zbigniew Hubicki

Lublin, Polska

31.08.2017

polski

Pobierz plik

publiczny

Violetta Patroniak

Poznań, Polska

14.09.2017

polski

Pobierz plik

publiczny

rozprawa doktorska

Poznań, Polska

24.10.2017

Rada Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej

doktor nauk chemicznych w dyscyplinie: technologia chemiczna