Registration Number
0824U002052, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
26-07-2024
popup.evolution
o
Title
Removal of eutrophication agents from wastewater by stimulated adsorption on natural minerals
Author
Iryna S. Fediv,
popup.head Andrii D. Kuzyk
popup.head Kateryna V. Stepova
popup.opponent Valentyna O. Yurchenko
popup.opponent Vira V. Sabadash
popup.review Vasyl V. Karabyn
popup.review Taras I. Shuplat
popup.rada
Lviv State University of Life Safety
Description
На основі огляду сучасних технологій покращення сорбційних властивостей різних природних мінералів було виділено три найбільш перспективних методи, зокрема термічна та мікрохвильова активація, а також обробка металовмісними хімічними реагентами. Отримано партії дослідних модифікованих зразків для здійснення третинного очищення води від евтрофікуючих агентів, зокрема фосфатів та іонів амонію, на основі клиноптилоліту та глауконіту. Модифікований іонами заліза (Fe3+) та прожарений клиноптилоліт показали найвищу адсорбційну здатність по відношенню до NH4+. Найкращі сорбційні характеристики по відношенню до фосфатів має Fe-, Cu-модифіковані та опромінений мікрохвильовим випромінюванням клиноптилоліт. Прожарений зразок глауконіту проявляє найнижчу адсорбційну здатність до фосфатів. На противагу цьому, збільшується адсорбційна здатність зразка щодо амонію. І навпаки, для зразка, опроміненого в мікрохвильовій печі, адсорбційна здатність щодо фосфатів зростає, тоді як щодо амонію залишається на тому ж рівні.
Вимірювання питомої поверхні показало, що мікрохвильове опромінення призвело до її зменшення з 18,254 м²/г до 11,658 м²/г. Результати адсорбції були промодельовані в рамках теоретичних моделей ізотерм адсорбції. Адсорбція PO43- на усіх зразках, а також адсорбція NH4+ на природних, опромінених та Fe-модифікованих зразках найкраще описується моделлю Ленгмюра-Фрейндліха, але на опроміненому та Cu-модифікованому клиноптилоліті адсорбція NH4+ краще характеризується моделлю Фрейндліха. Fe-модифікований та опромінений клиноптилоліт показали найвищу максимальну сорбційну ємність щодо NH4+, а саме 4,375 мг/г та 2,879 мг/г відповідно. Зразки, опромінені мікрохвилями, продемонстрували найнижчу сорбційну ємність 0,875 мг NH4+/г. Сорбційна ємність щодо фосфатів металовмісних зразків (800,62 мг/г Cu-модифікованого та 813,14 мг/г Fe-модифікованого зразка) виявилася вищою за відповідне значення для природного клиноптилоліту (280,86 мг/г) та опроміненого зразка (713,568 мг/г). Кінетичні залежності поглинання фосфатів на клиноптилоліті та його термічно модифікованій версії вказують на двостадійний характер процесу, з переходом від зовнішньодифузійної до внутрішньодифузійної області, тоді як для амонію спостерігається зовнішньодифузійний характер процесу, що підтверджується лінійними кривими моделі Бойда для натурального та термічно модифікованого зразків клиноптилоліту. Експериментальні дослідження в динамічних умовах показали високу ефективність адсорбції іонів NH4+ та PO43- Fe- та Cu-модифікованим клиноптилолітом. Це дослідження підтверджує можливість одночасного вилучення основних евтрофікуючих агентів у системах доочищення стічних вод.
Паралельно здійснювали дослідження природного, термічно, мікрохвильово-, Сu- та Fe-модифікованого глауконіту як матеріалу для очищення стічних вод від фосфатів та іонів амонію. Поверхневу морфологію зразків досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопу. Питому поверхню зразків визначали за методом БET, крім того було визначено їх пористість. Дослідження адсорбції проводилися в статичних та динамічних умовах. Найкраще процес адсорбції в статичних умовах описується моделлю Ленгмюра-Фрейндліха. Прожарений зразок показав найнижчу сорбційну ємність щодо фосфатів (1,78 мг/г), але найвищу щодо амонію (20,67 мг/г). Для опроміненого зразка сорбційна ємність щодо амонію зросла з 0,723 мг/г до 4,37 мг/г, тоді як відносно фосфатів – залишилася приблизно на тому ж рівні (101,21 мг/г). Дослідження механізму поглинання фосфатів на глауконіті, згідно з моделлю Бойда, вказують на багатостадійний процес на всіх модифікованих зразках, на відміну від природного. Це свідчить про те, що модифікування впливає на ефективність та механізм процесу. Моделювання процесу поглинання іонів амонію природним та Fe-модифікованим зразками в рамках моделей Бойда та внутрішньопористої дифузії вказує на двостадійність процесу. На початковому етапі поглинання лімітується зовнішньою дифузією, з подальшим переважанням плівкової адсорбції. У динамічних умовах фосфати найефективніше утримувалися природним глауконітом (понад 60 %), а амоній – глауконітом, який був термічно оброблений у муфельній печі (понад 80 %).
Результати досліджень показують, що мікрохвильова та термічна обробка глауконіту, а також його модифікування металами, значно покращують його адсорбційні властивості. Особливо ефективними виявилися Fe- та Cu-модифіковані зразки, які мали найвищу адсорбційну ємність щодо амонію та фосфатів відповідно. Мікрохвильове опромінення призвело до зменшення питомої поверхні глауконіту, проте значно покращило його адсорбційні властивості щодо амонію. Дослідження також показали, що модифіковані глауконітові зразки мають значно вищу сорбційну ємність щодо фосфатів порівняно з натуральними або опроміненими.
В дисертаційній роботі запропоновано природозберігаючий метод доочищення побутових стічних вод спрямований на вилучення евтрофікуючих агентів, а саме іонів PO43- і NH4+.
Registration Date
2024-05-30
popup.nrat_date
2024-07-12 / 2026-07-01
