Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού
Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη της απομάκρυνσης βαφών από υδατικά ρεύματα μέσω προσρόφησης σε υλικά προερχόμενα από την βιομάζα στερεών αγροτικών αποβλήτων. Αρχικά, μελετήθηκε η προσροφητική ικανότητα υλικών που προκύπτουν από φλοιούς μπανάνας (ΦΜ), αγγουριού (ΦΑ) και πατάτας (ΦΠ),...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13088 |
| id |
nemertes-10889-13088 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Καθαρισμός υδάτων Προσροφητικά υλικά Βαφές Αγροτικά απόβλητα Water purification Adsorbents Dyes Agricultural waste |
| spellingShingle |
Καθαρισμός υδάτων Προσροφητικά υλικά Βαφές Αγροτικά απόβλητα Water purification Adsorbents Dyes Agricultural waste Σταυρινού, Αναστασία Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| description |
Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη της απομάκρυνσης βαφών από υδατικά ρεύματα μέσω προσρόφησης σε υλικά προερχόμενα από την βιομάζα στερεών αγροτικών αποβλήτων.
Αρχικά, μελετήθηκε η προσροφητική ικανότητα υλικών που προκύπτουν από φλοιούς μπανάνας (ΦΜ), αγγουριού (ΦΑ) και πατάτας (ΦΠ), για την απομάκρυνση της κατιονικής βαφής Methylene blue (MB) και της ανιονικής βαφής Orange G (OG) από υδατικό διάλυμα. Πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των προσροφητικών υλικών με φασματοσκοπία απορρόφησης ATR-FTIR, ρόφηση αζώτου (BET), περίθλαση ακτίνων χ (XRD) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Με την διεξαγωγή πειραμάτων προσρόφησης σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου προσδιορίστηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης βαφής, της ποσότητας του προσροφητικού υλικού και του pH του υδατικού διαλύματος στις ισοθέρμους ισορροπίας και τις κινητικές προσρόφησης. Με βάση τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υλικών και την προσαρμογή ισοθέρμων και κινητικών προσρόφησης σε διάφορα μοντέλα ερμηνεύτηκε ο μηχανισμός προσρόφησης. To pH μηδενικού φορτίου βρέθηκε pHPZC~6.5 για όλα τα υλικά. Η μέγιστη προσροφητική ικανότητα για τη βαφή ΜΒ βρέθηκε ίση με 0.211, 0.107 και 0.18 g/g-προσροφητικού για τους ΦΜ, ΦΠ και ΦΑ, αντιστοίχως (pΗ=6). Οι αντίστοιχες τιμές για τη βαφή OG βρέθηκαν να είναι 0.021, 0.024 και 0.040 g/g-προσροφητικού (pΗ=2). Όσον αφορά τη ΜΒ, ο κύριος μηχανισμός της προσρόφησης είναι η ηλεκτροστατική έλξη των αρνητικά φορτισμένων ομάδων (COO-, OH-) της επιφάνειας προς τα κατιόντα, σε pH>pHPZC. Από την άλλη πλευρά η OG προσροφάται ικανοποιητικά μόνο σε πολύ χαμηλές τιμές του pH (pH<pHPZC) όπου η πρωτονίωση των επιφανειακών ομάδων ευνοεί την ηλεκτροστατική έλξη ανιόντων.
Με βάση τα παραπάνω, στη συνέχεια, η μελέτη εστιάστηκε στην προσρόφηση ΜΒ σε ΦΜ υπό συνθήκες συνεχούς ροής. Κατασκευάστηκε στήλη από ανοξείδωτο χάλυβα η οποία γέμισε μερικώς με κλίνη υλικού από φλοιούς μπανάνας. Πραγματοποιήθηκε παραμετρική πειραματική μελέτη της προσρόφησης με την έκχυση υδατικού διαλύματος ΜΒ υπό σταθερή ογκομετρική παροχή με περισταλτική αντλία. Μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης ΜΒ, του ύψος της κλίνης του προσροφητικού υλικού και της ογκομετρικής παροχής. Αναπτύχθηκε μαθηματικό μακροσκοπικό μοντέλο των διεργασιών ροής, μεταφοράς μάζας και προσρόφησης λαμβάνοντας υπόψην τη συναγωγή, την υδροδυναμική διασπορά και τη ρόφηση, η οποία θεωρήθηκε ως διεργασία δύο θέσεων, σε ισορροπία και εκτός ισορροπίας. Για την εκτίμηση των παραμέτρων που ποσοτικοποιούν την ικανότητα προσρόφησης και την κινητική της προσρόφησης, οι πειραματικές καμπύλες διέλευσης της αδιάστατης συγκέντρωσης ΜΒ προσαρμόστηκαν στην αριθμητική λύση του μαθηματικού μοντέλου. Η ικανότητα προσρόφησης MB στην κλίνη ΦΜ ήταν συγκρίσιμη με εκείνη που εκτιμήθηκε από πειράματα διαλείποντος έργου και κυμάνθηκε από 0.14-0.21 g/g-προσροφητικού. Η δυναμική της προσρόφησης ΜΒ σε θέσεις της επιφάνειας εκτός ισορροπίας γίνεται εμφανής και ο ρυθμός της αυξάνεται καθώς το ύψος της κλίνης ή η παροχή αυξάνονται. Η ικανότητα προσρόφησης της κλίνης ΦΜ μεγιστοποιείται για μικρά ύψη και χαμηλές παροχές ή μεγάλα ύψη και υψηλές παροχές. |
| author2 |
Λευθεριώτης, Γεώργιος |
| author_facet |
Λευθεριώτης, Γεώργιος Σταυρινού, Αναστασία |
| format |
Thesis |
| author |
Σταυρινού, Αναστασία |
| author_sort |
Σταυρινού, Αναστασία |
| title |
Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| title_short |
Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| title_full |
Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| title_sort |
ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13088 |
| work_keys_str_mv |
AT staurinouanastasia anaptyxēprosrophētikōnylikōnapotēbiomazaagrotikōnapoblētōngiatonkatharismonerou AT staurinouanastasia developmentofadsorbentsfromthebiomassofagriculturalwasteforwaterpurification |
| _version_ |
1799945001132621824 |
| spelling |
nemertes-10889-130882022-09-06T05:13:47Z Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών από τη βιομάζα αγροτικών αποβλήτων για τον καθαρισμό νερού Development of adsorbents from the biomass of agricultural waste for water purification Σταυρινού, Αναστασία Λευθεριώτης, Γεώργιος Τσακίρογλου, Χρήστος Αγγελόπουλος, Χρήστος Stavrinou, Anastasia Λευθεριώτης, Γεώργιος Τσακίρογλου, Χρήστος Αγγελόπουλος, Χρήστος Καθαρισμός υδάτων Προσροφητικά υλικά Βαφές Αγροτικά απόβλητα Water purification Adsorbents Dyes Agricultural waste Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη της απομάκρυνσης βαφών από υδατικά ρεύματα μέσω προσρόφησης σε υλικά προερχόμενα από την βιομάζα στερεών αγροτικών αποβλήτων. Αρχικά, μελετήθηκε η προσροφητική ικανότητα υλικών που προκύπτουν από φλοιούς μπανάνας (ΦΜ), αγγουριού (ΦΑ) και πατάτας (ΦΠ), για την απομάκρυνση της κατιονικής βαφής Methylene blue (MB) και της ανιονικής βαφής Orange G (OG) από υδατικό διάλυμα. Πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των προσροφητικών υλικών με φασματοσκοπία απορρόφησης ATR-FTIR, ρόφηση αζώτου (BET), περίθλαση ακτίνων χ (XRD) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Με την διεξαγωγή πειραμάτων προσρόφησης σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου προσδιορίστηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης βαφής, της ποσότητας του προσροφητικού υλικού και του pH του υδατικού διαλύματος στις ισοθέρμους ισορροπίας και τις κινητικές προσρόφησης. Με βάση τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υλικών και την προσαρμογή ισοθέρμων και κινητικών προσρόφησης σε διάφορα μοντέλα ερμηνεύτηκε ο μηχανισμός προσρόφησης. To pH μηδενικού φορτίου βρέθηκε pHPZC~6.5 για όλα τα υλικά. Η μέγιστη προσροφητική ικανότητα για τη βαφή ΜΒ βρέθηκε ίση με 0.211, 0.107 και 0.18 g/g-προσροφητικού για τους ΦΜ, ΦΠ και ΦΑ, αντιστοίχως (pΗ=6). Οι αντίστοιχες τιμές για τη βαφή OG βρέθηκαν να είναι 0.021, 0.024 και 0.040 g/g-προσροφητικού (pΗ=2). Όσον αφορά τη ΜΒ, ο κύριος μηχανισμός της προσρόφησης είναι η ηλεκτροστατική έλξη των αρνητικά φορτισμένων ομάδων (COO-, OH-) της επιφάνειας προς τα κατιόντα, σε pH>pHPZC. Από την άλλη πλευρά η OG προσροφάται ικανοποιητικά μόνο σε πολύ χαμηλές τιμές του pH (pH<pHPZC) όπου η πρωτονίωση των επιφανειακών ομάδων ευνοεί την ηλεκτροστατική έλξη ανιόντων. Με βάση τα παραπάνω, στη συνέχεια, η μελέτη εστιάστηκε στην προσρόφηση ΜΒ σε ΦΜ υπό συνθήκες συνεχούς ροής. Κατασκευάστηκε στήλη από ανοξείδωτο χάλυβα η οποία γέμισε μερικώς με κλίνη υλικού από φλοιούς μπανάνας. Πραγματοποιήθηκε παραμετρική πειραματική μελέτη της προσρόφησης με την έκχυση υδατικού διαλύματος ΜΒ υπό σταθερή ογκομετρική παροχή με περισταλτική αντλία. Μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης ΜΒ, του ύψος της κλίνης του προσροφητικού υλικού και της ογκομετρικής παροχής. Αναπτύχθηκε μαθηματικό μακροσκοπικό μοντέλο των διεργασιών ροής, μεταφοράς μάζας και προσρόφησης λαμβάνοντας υπόψην τη συναγωγή, την υδροδυναμική διασπορά και τη ρόφηση, η οποία θεωρήθηκε ως διεργασία δύο θέσεων, σε ισορροπία και εκτός ισορροπίας. Για την εκτίμηση των παραμέτρων που ποσοτικοποιούν την ικανότητα προσρόφησης και την κινητική της προσρόφησης, οι πειραματικές καμπύλες διέλευσης της αδιάστατης συγκέντρωσης ΜΒ προσαρμόστηκαν στην αριθμητική λύση του μαθηματικού μοντέλου. Η ικανότητα προσρόφησης MB στην κλίνη ΦΜ ήταν συγκρίσιμη με εκείνη που εκτιμήθηκε από πειράματα διαλείποντος έργου και κυμάνθηκε από 0.14-0.21 g/g-προσροφητικού. Η δυναμική της προσρόφησης ΜΒ σε θέσεις της επιφάνειας εκτός ισορροπίας γίνεται εμφανής και ο ρυθμός της αυξάνεται καθώς το ύψος της κλίνης ή η παροχή αυξάνονται. Η ικανότητα προσρόφησης της κλίνης ΦΜ μεγιστοποιείται για μικρά ύψη και χαμηλές παροχές ή μεγάλα ύψη και υψηλές παροχές. In the present study, the removal of dyes from wastewater by adsorption on materials produced from the biomass of solid agricultural waste was investigated. Initially, the sorption capacity of materials originating from banana (BP), cucumber (CP) and potato (PP) peels was investigated with respect to the removal of the cationic dye Methylene Blue (MB) and the anionic dye Orange G (OG) from aqueous solutions. The adsorbents were characterized by ATR-FTIR spectroscopy, nitrogen sorption (BET), x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The effects of the initial dye concentration, adsorbent mass, and pH of the aqueous solution on the equilibrium isotherms and sorption kinetics were determined with experiments on batch reactors. Based on the physicochemical properties of the materials and the regression analysis of isotherms and kinetics by different models, the adsorption mechanism was interpreted. The point of zero charge was found pHPZC ~ 6.5 for all the materials. The maximum MB adsorption capacity onto BP, PP and CP was found equal to 0.211, 0.107 and 0.18 g/g-adsorbent, respectively (pH=6). The corresponding maximum values for OG were found equal to 0.021, 0.024 and 0.040 g/g-adsorbent (pH=2). In the case of MB (cationic dye), the main mechanism of adsorption is the electrostatic attraction of the negatively charged groups (COO-, OH-) of the surface to the cations at pH> pHPZC. On the other hand, OG (anionic dye) is adsorbed satisfactorily at very low pH values (pH <pHPZC) where the protonation of surface group favors the electrostatic attraction of anions. Based on the aforementioned results, subsequently, the study focused on MB adsorption onto BP under continuous flow conditions. A stainless steel column was fabricated and packed partially with a bed of BP. A parametric experimental study of MB adsorption onto BP bed was conducted by injecting an aqueous MB solution at constant volumetric flow rate with a peristaltic pump. A mathematical macroscopic model of flow, mass transfer, and adsorption processes was developed by accounting for the convection, hydrodynamic dispersion, and sorption, regarded as a two-site equilibrium and non-equilibrium process. For the estimation of the parameters that quantify the adsorption capacity and kinetics of adsorption, the experimental MB concentration breakthrough curves were fitted to the numerical solution of macroscopic model. The sorption capacity of BP bed was comparable to that estimated by batch tests and ranged from 0.14 to 0.21 g/g-adsorbent. The dynamics of MB sorption on non-equilibrium sites of BP surface becomes evident, and its rate increases as the bed height or flow rate increases. The sorption capacity of the BP bed is maximized for low heights and low flow rates, or high heights and high flow rates. 2020-02-06T20:30:39Z 2020-02-06T20:30:39Z 2019-11 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13088 gr 0 application/pdf |
