Біосорбенти для очистки стічних вод

2021

Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»: Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження», Iss 3 (2021)

Біосорбція - перспективна технологія видалення різних забруднювачів з промислових стічних вод, яка полягає у використанні вторинної рослинної сировини (наприклад, відходів агропромислового комплексу) для вирішення проблем забруднення навколишнього середовища. Метою даного дослідження є оцінка потенціалу шкаралуп горіхів як біосорбенту, дослідження впливу лужного модифікування шкаралуп на їх властивості та дослідження застосування відпрацьованих біосорбентів як добавок в складі цементу. В роботі досліджено вплив фракційного складу вихідного матеріалу на його сорбційну здатність, а також вплив процесу модифікування шкаралуп горіху лужним розчином на властивості одержаних біосорбентів. Вихід кінцевих продуктів визначали гравіметричним методом як відношення маси продукту до маси вихідної сировини. Сорбційну здатність вивчили із застосуванням модельних розчинів. Концентрацію розчинів гідроксиду натрію визначали методом титруванням, а катіонного барвника - спектрофотометричним способом. Метиленовий синій використовували як тестовий барвник. Дослідження показали, що фракційний склад матеріалу в значній мірі визначає його сорбційні властивості. Зменшення розміру частинок шкаралупи горіхів призводить до збільшення ефективності сорбції метиленового синього з 17,2% для фракції з розмірами 1,5-2,0 мм до 39,2% для фракції з розмірами 0,5-1,0 мм. Статична обмінна здатність збільшується в середньому на 30% для кожної наступної фракції. Для поліпшення сорбційних властивостей вихідного матеріалу поряд із подрібненням доцільно застосовувати хімічне модифікування. В роботі було застосовано спосіб лужного модифікування, яке супроводжується частковим руйнування ароматичної складової сировини, низькомолекулярних полісахаридів, видаленням екстрактивних речовин різної природи, що призводить до утворення більш пористої структури. Максимальна ефективність сорбції метиленового синього (80%) відповідає біосорбенту, що отримано з шкаралуп горівхів (фракційний склад 0,5-1,0 мм) модифікуванням 5% розчином NaOH протягом 180 хв за температури 100 оС. Лужна обробка значно покращує адсорбційну здатність біосорбенту до катіонного барвника порівняно з вихідним матеріалом. Сорбційну здатність шкаралуп горіхів та біосорбенту на їх основі вивчали як функцію від рН водного розчину барвника та тривалості контакту. Встановлено, що рН водного розчину має суттєвий вплив на сорбцію барвника і максимальне значення досягається за значення рН 6. Це пов’язано з електрокінетичними властивостями поверхні лігноцелюлозних матеріалів – здатністю змінювати заряд в залежності від рН (позитивне в кислому середовищі, негативне в нейтральному та лужному), що обумовлено наявністю різних функціональних груп. Дослідження кінетики показало, що максимальна швидкість поглинання метиленового синього відповідає першим 30 хв контакту. Сорбційна рівновага досягається протягом 240 хв контакту. Кінетику сорбції вивчали також із застосуванням моделей псевдо-першого та псевдо-другого порядку, а також дифузійної моделі. Кінетична модель псевдо-другого порядку (R2 = 0,99) найкраще описує кінетику поглинання катіонного барвника і свідчить про те, що фіксація метиленового синього на поверхні біосорбенту відбувається за рахунок різних механізмів. Проблема подальшого використання відпрацьованих сорбційних матеріалів є не менш важливою, ніж ефективність сорбентів при створенні ефективної інтегрованої технології очищення води. Відпрацьований біосорбент використовували як добавку до складу цементу типу I/500. Застосування рослинного матеріалу у кількості 5% не призодить до суттєвого погіршення фізико-механічних показників цемену. Це свідчить про перспективність такого підходу в утилізації відпрацьованих сорбентів. В подальших дослідженнях планується дослідити різні варіанти модифікування рослинних матеріалів для одержання високоефективних біосорбентів багатофункціонального призначення для вирішення проблем навколишнього середовища.

article

English
Ukrainian

Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2021.

біосорбент, шкаралупи горіхів, видалення, ефективність, утилізація, Ecology, QH540-549.5, Chemical engineering, TP155-156