Ανάλυση και σύγκριση ισόθερμων και κινητικών μοντέλων προσρόφησης νιτρικού και αμμωνιακού αζώτου, σε φυσικό, όξινα και θερμικά τροποποιημένο σεπιόλιθο

• Κύριος συγγραφέας: Παντελίδης, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Pantelidis, Ioannis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Προσροφητικότητα σεπιόλιθου; Νιτρικό άζωτο; Αμμωνιακό άζωτο; Sepiolite; Ammonium adsorption

Στο νερό, πολλές φορές καταλήγουν ρύποι, όπως τα νιτρικά και τα νιτρώδη ιόντα ή και το αμμωνιακό άζωτο. Προέλευση τέτοιων ρύπων μπορεί να είναι συνηθέστερα τα λιπάσματα και πιθανοί αποδέκτες το πόσιμο νερό, καθώς και το αρδευτικό νερό ή το νερό οικιακής και βιομηχανικής χρήσης, με αποτέλεσμα πολύ σοβαρές συνέπειες για την υγεία του ανθρώπινου οργανισμού. Μία από τις πιο απλές, οικονομικές και αποδοτικές τεχνικές για την απομάκρυνση ιόντων από το νερό είναι η προσρόφηση, ειδικά σε αναπτυσσόμενες χώρες. Τα αργιλικά ορυκτά αποτελούν έναν σπουδαίο προσροφητή, καθώς παρουσιάζουν μεγάλο εύρος ιδιοτήτων πολύ σημαντικών για το μηχανισμό της προσρόφησης, όπως είναι η ιοντοανταλλακτική τους ικανότητα, η μεγάλη ειδική επιφάνεια, αλλά και το μικρό τους κόστος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται διερεύνηση της ικανότητας του ινώδους σεπιόλιθου να προσροφήσει νιτρικό και αμμωνιακό άζωτο από υδατικά διαλύματα, αλλά και η ανάλυση και σύγκριση του μηχανισμού προσρόφησης που λαμβάνει χώρα σε κάθε περίπτωση, με την εφαρμογή ισόθερμων και κινητικών μοντέλων προσρόφησης. Ο σεπιόλιθος που χρησιμοποιήθηκε συλλέχθηκε από το χωριό Σολωμός της Κορίνθου. Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε φυσικός σεπιόλιθος (Sep), αλλά μέρος αυτού τροποποιήθηκε είτε θερμικά, με θέρμανση στους 400 o C, και ονομάστηκα θερμικά τροποποιημένος σεπιόλιθος (Τ- Sep), είτε όξινα, με ανάδευση του σεπιόλιθου με διάλυμα HCl και ονομάστηκε όξινα τροποποιημένος σεπιόλιθος (H- Sep). Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων έγινε με περίθλαση ακτίνων X (XRD) και Μικροσκοπία Ηλεκτρονικής Σάρωσης (SEM). Εν συνεχεία, διεξήχθησαν δύο σειρές κινητικών πειραμάτων διαλείποντος έργου: μία για την προσρόφηση αμμωνιακού και μία για την προσρόφηση νιτρικού αζώτου. Για την προσρόφηση αμμωνιακού αζώτου, η ποσότητα των 4 g σεπιόλιθου σε 200 ml διαλύματος βρέθηκε να είναι η αποδοτικότερη, ειδικά για την απομάκρυνση 1 ή 2 mg NH4+-N κάτω από το επιτρεπτό όριο του πόσιμου νερού (<0,5 mg/L). Ακόμα, είναι αξιοσημείωτο πως έπειτα από τη θερμική τροποποίηση, ο T – Sep κατάφερε με επιτυχία να μειώσει τη συγκέντρωση των NH4+-N για αρχική συγκέντρωση 4 mg/L κάτω από το ευρωπαϊκό επιτρεπτό όριο. Για την προσρόφηση νιτρικού αζώτου, αποδείχθηκε ότι υπάρχει μεγαλύτερη αποδοτικότητα στην απομάκρυνση NO3--N για μεγαλύτερες αρχικές συγκεντρώσεις (30 -100 mg/L) με 4 g σεπιόλιθου, αλλά μόνο για συγκέντρωση 15 mg/L και ύστερα από όξινη τροποποίηση υπήρξε τελική συγκέντρωση μικρότερη από το επιτρεπτό Ευρωπαϊκό όριο (11,3 mg/L NO3--N /L). Τέλος, με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων, εφαρμόστηκαν κινητικά και ισόθερμα μοντέλα προσρόφησης για όλες τις περιπτώσεις, με τη μεγαλύτερη ταύτιση να υπάρχει στην ισόθερμη Freundlich για την προσρόφηση αμμωνιακού αζώτου πλην του φυσικού σεπιόλιθου, όπου ταίριαζε η ισόθερμη Temkin, ενώ για την προσρόφηση νιτρικού αζώτου υπήρχε μεγαλύτερη ταύτιση με την ισόθερμη Langmuir και για όλες συνολικά, στο μοντέλο κινητικής ψευδό – δεύτερης τάξης. Η καλύτερη εφαρμογή του μοντέλου κινητικής ψευδό – δεύτερης τάξης έναντι της ψευδό – πρώτης τάξης και της ενδοσωματιδιακής διάχυσης υποδηλώνει πως το είδος της προσρόφησης πρόκειται για χημειορόφηση, ενώ αυτή αποτελεί και το καθορίζον για την ταχύτητα βήμα. Τέλος, η καλύτερη ταύτιση της ισόθερμης Freundlich για τις περισσότερες περιπτώσεις προσρόφησης αμμωνιακού αζώτου αλλά και η αλλαγή στην καλύτερη εφαρμογή από Temkin σε Freundlich λόγω της θερμικής τροποποίησης του σεπιόλιθου για την προσρόφηση αμμωνιακού αζώτου, υποδηλώνει πολυστρωματική προσρόφηση ετερογενούς επιφάνειας και διαφορετικών ενεργειών δέσμευσης, λόγω αυξημένων μικρών πόρων στη δομή του σεπιόλιθου, ενώ το αντίθετο ισχύει για την προσρόφηση με νιτρικό άζωτου, στην οποία ταιριάζει καλύτερα η ισόθερμη Langmuir και έχουμε μονοστρωματική ομοιογενή προσρόφηση. Συμπερασματικά, ο σεπιόλιθος αποτελεί έναν ελπιδοφόρο ροφητή για την απομάκρυνση νιτρικού και αμμωνιακού αζώτου, δεδομένου του μικρού του κόστους και της αποδοτικότητας που παρουσιάζει.