Адсорбенти на бази отпадних и природних материјала за издвајање јона тешких метала и арсена

Abstract

Предмет истраживања у оквиру израде ове докторске дисертације је проналажење и развој нових материјала који имају добра адсорпциона и техно-економска својства применљива у реалним системима за уклањање јона тешких метала и арсена. Испитивања су укључивала:  унапређење адсорпционих својстава бигра импрегнацијом наночестицама бакра и испитивање добијеног адсорбента у реалним системима;  различите модификације отпадних полиакрилнитрилних влакана у циљу побољшања њихових адсорпционих особина према јонима тешких метала и арсену;  оптимизовање синтезе и процеса адсорпције јона тешких метала и арсена на синтетисане адсорбенте. У експериментима адсорпције коришћен је природни материјал бигар (природни калцит) и отпадна влакна полиакрилнитрила. Бигар је погодним физичким и механичким методама припремљен за даљу модификацију преципитацијом наночестица бакра. Преципитација наночестица бакра на бигар вршенa је комбинацијом различитих метода и количина наночестица у циљу добијања адсорбента са најбољим адсорпционим карактеристикама. Отпадна влакна полиакрилнитрила модификована су површинском модификацијом амино групама комбинујући услове модификације (температуру, концентрацију реактаната и pH вредност) у циљу добијања адсорбента са великим бројем активних амино група и најбољим адсорпционим карактеристикама за катјоне. У циљу постизања добрих адсорпционих карактеристика за анјоне површински модификована влакна су накнадно импрегнирана наночестицама гетита. Резултати истраживања у оквиру ове докторске дисертације дају нам: нове јефтине и ефикасне материјале различитих текстуралних својстава; оптималне поступке синтезе, површинске модификације, таложења и пост-процесирања добијених адсорбената како бисе добили материјали са побољшаним адсорпционим својствима у процесима уклањања никла, олова, кадмијума и арсена из воде; потпуну карактеризацију синтетисаних адсорбената применом различитих инструменталних техника: SEM, ТЕМ, HRD, FTIR, RAMAN, pHPZC, BET итд. допринос сазнањима о међусобном утицају својстава материјала и параметара процеса на ефикасност уклањања тешких метала; бољи приступ у потпуном сагледавању процеса и синтезе нових материјала на основу експерименталних и резултата моделовања; Такође се очекује да ће развијена методологија омогућити проактивно и ефикасно вођење политике заштите животне средине и одрживог развоја у циљу побољшања квалитета животне средине.

The main subject of the research within this doctoral dissertation deals is the finding and development of the new materials that have good adsorption and techno-economic properties applicable in real systems for the removal of heavy metal ions, primarily Cadmium, Nickel and Arsen, through:  improvement of adsorption properties of Bigar by impregnation of copper nanoparticles and testing the absorbent in real systems;  modification of waste polyacrylonitrile fibers in order to improve their adsorption properties by heavy metal and arsenic ions;  optimization of adsorption of heavy metal and arsenic ions on synthetic adsorbents. In adsorption experiments, natural material Bigar (natural calcite) and waste fibers of polyacryl nitrile will be used. The Bigar (siga) will be prepared by suitable physical and mechanical methods for further modification by precipitation of copper nanoparticles. The precipitation of copper nanoparticles on bigar will be done by combining different methods and the amount of nanoparticles in order to obtain the adsorbent with the best adsorption characteristics. Waste fibers of polyacrylic nitrile will be modified by surface modification of amino groups by combining modification conditions (temperature, reactant concentration and pH value) in order to obtain an adsorbent with a large number of active amino groups and best adsorption characteristics for cations. In order to achieve good adsorption properties for the anions, the surface modified fibers will be subsequently impregnated with goth nanotubes. The research results of this doctoral dissertation give us:  New cheap, efficient materials of different textural properties;  Optimal synthesis, surface modification, deposition and postprocessing methods of the obtained adsorbents in order to obtain materials with improved adsorption properties in the processes of removal of nickel, lead, cadmium, and arsenic from water;  Full the characterization of new synthetized and modified resins using various instrumental techniques: SEM, TEM, HRD, FTIR, RAMAN, pHPZC, BET etc;  contribution to the available knowledge on the interaction between material properties and process parameters on the efficiency of removal of heavy metals;  Better approach in fully understanding the process and synthesis of new materials based on experimental and modeling results; It is also expected that the developed methodology will enable a proactive and efficient management of the protection and sustainable development policy in order to improve the quality of the environment