Біосорбенти для очистки стічних вод

Автор(и)

  • Віта Василівна Галиш Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Ukraine
  • Інна Миколаївна Трус Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Ukraine
  • Вячеслав Михайлович Радовенчик Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Ukraine
  • Микола Дмитрович Гомеля Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2021.241049

Ключові слова:

біосорбент, шкаралупи горіхів, видалення, ефективність, утилізація

Анотація

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.

Біографії авторів

Віта Василівна Галиш, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат хімічних наук, доцент кафедри екології та технології рослинних полімерів, інженерно-хімічного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Інна Миколаївна Трус, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент кафедри екології та технології рослинних полімерів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Вячеслав Михайлович Радовенчик, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор кафедри екології та технології рослинних полімерів, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Микола Дмитрович Гомеля, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри екології та технології рослинних полімерів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Посилання

Tchounwou, P.B., Yedjou, C.G., Patloll, A.K., Sutton, D.J. (2012), “Heavy metals toxicity and the environment”, Exp. Suppl., no 101, pp.133-164.

Khulbe, K.C., Matsuura, T. (2018), “Removal of heavy metals and pollutants by membrane adsorption techniques”, Appl. Water. Sci., no 8, pp. 19.

Halysh, V., Trembus, I., Deykun, I., Ostapenko, A., Nikolaichuk, A., Ilnitska, G. (2018), Development of effective technique for the disposal of the Prunus Armeniaca seed shells, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. no 1(10), pp. 4–9.

Bsoul, A.A., Zeatoun, L., Abdelhay, A., Chiha, M. (2014), “Adsorption of copper ions from water by different types of natural seed materials”, Desalination and Water Treatment, no 52, pp.5876–5882.

Mahmood, Z., Zahra, S., Iqbal, M., Raza, M.A., Nasir, S. (2017), “Comparative study of natural and modified biomass of Sargassum sp. for removal of Cd2+ and Zn2+ from wastewater”, Applied Water Science, no 7, pp.3469–3481.

Jain, S.N., Gogate, P.R. (2017), “NaOH-treated dead leaves of Ficus racemosa as an efficient biosorbent for Acid Blue 25 removal”, Int. J. Environ. Sci. Technol., no 14, pp.531–542.

Halysh, V., Trus, I., Nikolaichuk, A., Skiba, M., Radovenchyk, I., Deykun, I., Vorobyova, V., Vasylenko, I., Sirenko, L. (2017), “Spent Biosorbents as Additives in Cement Production, J. Ecol. Eng. no 21 (2), pp.131–138.

Trus, I.M., Fleisher, H.Y., Tokarchuk, V.V., Gomelya, M.D., Vorobyova, V.I. Utilization of the residues obtained during the process of purification of mineral mine water as a component of binding materials”, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, no 6, pp.104-109.

Olivella, M.A., Fiol, N., de la Torre, F., Poch, J., Villaescusa, I. (2012), “A mechanistic approach to methylene blue sorption on two vegetable wastes: cork bark and grape stalks”, Bioresources, no 7 (3), pp.3340–3354.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-09-29

Як цитувати

Галиш, В. В., Трус, І. М., Радовенчик, В. М., & Гомеля, М. Д. (2021). Біосорбенти для очистки стічних вод. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (3), 51–57. https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2021.241049

Номер

Розділ

ЕКОЛОГІЯ ТА РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ