Приказ основних података о дисертацији

Impact of physicochemical properties of microplastics and selected persistent organic pollutants on interactions in the aqueous matrix

dc.contributor.advisorTubić, Aleksandra
dc.contributor.otherAgbaba, Jasmina
dc.contributor.otherTubić, Aleksandra
dc.contributor.otherJović, Branislav
dc.contributor.otherKragulj Isakovski, Marijana
dc.contributor.otherPrica, Miljana
dc.creatorLončarski, Maja
dc.date.accessioned2020-11-02T10:46:56Z
dc.date.available2020-11-02T10:46:56Z
dc.date.issued2020-10-20
dc.identifier.urihttps://www.cris.uns.ac.rs/DownloadFileServlet/Disertacija159730581680538.pdf?controlNumber=(BISIS)114925&fileName=159730581680538.pdf&id=16423&source=NaRDuS&language=srsr
dc.identifier.urihttps://www.cris.uns.ac.rs/record.jsf?recordId=114925&source=NaRDuS&language=srsr
dc.identifier.urihttps://www.cris.uns.ac.rs/DownloadFileServlet/IzvestajKomisije159730587936911.pdf?controlNumber=(BISIS)114925&fileName=159730587936911.pdf&id=16424&source=NaRDuS&language=srsr
dc.identifier.uri/DownloadFileServlet/IzvestajKomisije159730587936911.pdf?controlNumber=(BISIS)114925&fileName=159730587936911.pdf&id=16424
dc.identifier.urihttps://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/17570
dc.description.abstractMikroplastika  je  sveprisutna  u  vodenom  ekosistemu  pri  čemu  se  često ističe značaj ispitivanja njihovog uticaja na ponašanje drugih jedinjenja u vodi. Pod pojmom mikroplastika podrazumevaju se plastične čestice manje od 5 mm. Imajući u vidu potrebu za unapređenjem znanja o štetnom uticaju mikroplastike u životnoj sredini u ovom radu sproveden je set eksperimenata u kom je ispitivan mehanizam  interakcija  koje  se  uspostavljaju  prilikom  adsorpcije  hlorovanih fenola,  derivata  benzena  i  policikličnih  aromatičnih  ugljovodonika  na mikroplastici  u  vodenom  matriksu.  Kako  bi  se  što  detaljnije  razumeo  uticaj mikroplastike  i  osobina  vodenog  matriksa  na  ponašanje  organskih  polutanata, laboratorijska ispitivanja su sprovedena u sintetičkom i realnom vodenommatriksu.  Takođe  je  sprovedena  optimizacija  izolovanja  i  karakterizacije mikroplastike iz kozmetičkih sredstava u cilju procene uticaja osobina primarne mikroplastike na uspostavljanje interakcija sa organskim polutantima. Na  osnovu  dobijenih  rezultata  istraživanja  može  se  zaključiti  da  se optimalna metoda izolovanja mikroplastike iz kozmetičkih sredstava zasniva na dodatnom  tretiranju  osušenog  materijala  30%  vodonik-peroksidom,  nakon ekstrakcije  sredstva  u  destilovanoj  vodi,  u  cilju  dobijanja  čistijih  uzoraka mikroplastike. Promena brzine mešanja ima znčajan uticaj na promenu stepena adsorpcije ispitivanih grupa organskih jedinjenja.  Uticaj se ogleda u povećanju stepena adsorpcije sa porastom brzine mešanja, a maksimalni procenat adsorpcije postignut  je  pri  brzini  mešanja  od  150  o/min.  Dodatno,  disperzija  praškastih materijala u vodi nema značajan uticaj na promenu stepena adsorpcije hlorovanih fenola,  derivata  benzena  i  policikličnih  aromatičnih  ugljovodonika  na mikroplastici.Ravnotežno  stanje  između  koncentracije  hlorovanih  fenola,  derivata benzena  i  policikličnih  aromatičnih  ugljovodonika  u  vodi  i  odabranih predstavnika  mikroplastike  (PEp,  PE_PCPs_1,  PE_PCPs_2,  PEg,  PET,  PP  i PLA) uspostavlja se nakon 24 i 48 h kontakta u zavisnosti od vrste jedinjenja. Na promenu  adsorpcionog  afiniteta  hlorovanih  fenola,  derivata  benzena  i policikličnih aromatičnih ugljovodonika prema mikroplastici utiču kako fizičkohemijske  osobine  jedinjenja  tako  i  karakteristike  mikroplastike.  Na  osnovu kinetičkih  eksperimenata, najveći adsorpcioni afinitet ka mikroplastici  ispoljili su  derivati  benzena  (qt=103-350  µg/g),  dok  je  najmanji  uočen  kod  hlorovanih fenola  (qt=25-225  µg/g).  Dobijeni  rezultati  adsorpcije  derivata  benzena  na ispitivanim  česticama  mikroplastike  takođe  su  ukazali  na  veći  afinitet  ovih jedinjenja  ka  mikroplastici,  u  poređenju  sa  jedinjenjima  iz  grupe  policikličnih aromatičnih  ugljovodonika  i  hlorovanih  fenola  sličnih  logKow  vrednosti. Dodatno,  uticaj  vodenog  matriksa  na  adsorpciju  hlorovanih  fenola,  derivata benzena  i  policikličnih  aromatičnih  ugljovodonika  na  mikroplastici  zavisi  od same grupe jedinjenja kao i od vrste mikroplastike pri čemu je najmanje izražen u  slučaju  ispitivanih  policikličnih  aromatičnih  ugljovodonika,  a  najviše  kod hlorovanih fenola.Visoke  vrednosti  koeficijenta  determinacije  kinetičkog  modela  pseudodrugog  reda  za  adsorpciju  hlorovanih  fenola,  derivata  benzena  i  policikličnih aromatičnih ugljovodonika na čestice mikroplastike ukazjuju da je hemisorpcija mogući  mehanizam.  Pored  visokih  vrednosti  koeficijenata  determinacije  u slučaju svih odabranih organskih jedninjenja dobijena konstanta brzine drugog reda  bila  je  manja  od  po četne  brzine  adsorpcije  što  ukazuje  na  znatno  brže odvijanje  adsorpcije  pri  kraćim  vremenima  kontakta  (12-24  h)  nakon  čega  je dolazilo do usporavanja procesa adsorpcije.Mehanizam adsorpcije hlorovanih fenola, derivata benzena i policikličnih aromatičnih ugljovodonika  ispitivan  je primenom Freundlich-ovog, Langmuirovog,  Redlich-Peterson-ovog  i  Dubinine-Radusckevich-evog  adsorpcionog modela. Vrednosti Freundlich-ovog eksponenta za adsorpciju hlorovanih fenola, derivata benzena i  policikličnih aromatičnih ugljovodonika bile su manje od 1, što ukazuje na to da je slobodna energije adsorpcije na mikroplastci opadala sa povećanjem  inicijalne  koncetracije  ispitivanih  polutanata.  Vrednosti maksimalnog adsorpcionog kapaciteta dobijene za  adsorpcione procese PAH  na česticama mikroplastike bile su u opsegu od 29,7-2596,5 µg/g. Visoke vrednosti maksimalnih adsorpcionih kapaciteta dobijene su takođe za adsorpciju derivata benzena na ispitivanim vrstama mikroplastike  39,3-2010,1 µg/g. S druge strane, uočeno  je  različito  adsorpciono  ponšanje  hlorovanih  fenola  u  zavisnosti  od vodenog metriksa u kom su eksperimenti sprovedeni pri čemu su  qmax  vrednosti iznosile 20,00-205,6 µg/g. Značajan uticaj  pH vrednosti vodenog matriksa  utvrđen je  za adsorpciju hlorovanih  fenola  na  mikroplastici,  dok  u  slučaju  derivata  benzena  i  PAH promena pH vrednosti vodenog matriksa nije pokazala značajan uticaj. Rezultati dobijeni  za  adsorpciju  hlorovanih  fenola  na  mikroplastici  ukazuju  na  nižu tendenciju  ka  formiranju  interakcija  hlorovanih  fenola  sa  česticama mikroplastike pri pH 4 i pH 10, pri čemu se stepen adsorpcije kretao u opsegu od 8-35% i 15-35%, respektivno, u odnosu na pH 7 (55-65%). Najniži  adsorpcioni  afinitet  uočava  se  pri  adsorpciji  ispitivanih  grupa jedinjenja na PLA. Može se pretpostaviti da će se organski polutanti,   ukoliko ova vrsta mikroplastike dospe u vodene sisteme, slabo vezivati na ovaj materijal pri čemu će značajno manje uticati na njihov trasport kroz životnu sredinu, u odnosu na druge ispitivane vrste mikroplastike. Na  osnovu  dobijenih  rezultata  istraživanja  može  se  zaključiti  da  na adsorpciju ispitivanih grupa organskih jedinjenja i mikroplastike značajan uticaj imaju  fizičko-hemijske  osobine  ispitivanih  jedinjenja  kao  što  su  kiselinska konstanta, veličina molekula, hidrofobnost, stukturni raspored i dr. Pored toga, karakteristike vodenog matriksa, među kojima je najvažnija pH vrednost, imaju značajan  uticaj  na  adsorpcioni  afinitet  jedinjenja  ka  mikroplastici.  Dodatno, struktura  i  poreklo  polimera  ima  veliki  uticaj  na  formiranje  interakcija  sa ispitivanim grupama organskih polutanata. Dobijeni rezultati takođe ukazuju na nemogućnost  određivanje  unifomnog  mehanizma  adsorpcije  organskih jedinjenja na česticama mikroplastike u vodi.sr
dc.description.abstractMicroplastics  are  ubiquitous  in  aquatic  ecosystems,  so  it  is  essential  to study their  impact on the behaviour of other compounds which are commonly present in water. The term microplastics refers to all plastic particles smaller than 5 mm. In order  to address knowledge gaps relating to the potential harmful effects of microplastics in the environment, the experiments conducted during this thesis were designed to investigate the adsorption mechanism of chlorinated phenols, benzene derivatives, and polycyclic aromatic hydrocarbons on microplastics in water.  To  provide  a  more  detailed  understanding  of  the  influence  of  different water  matrices  on  adsorption  properties  of  microplastics,  experiments  were conducted in both synthetic and real water matrices. In the course of this work, methods were optimised for the isolation and characterization of microplastifrom personal care products, in order to allow investigation  of the influence of the  properties  of  primary  microplastics  on  their  interactions  with  organic pollutants.Base on the obtained results, it can be concluded that the optimal method of isolating microplastics from personal care products is based  on treating already dried  material  with  30%  hydrogen  peroxide,  after  extraction  of  the  agent  in distilled water, in order to obtain cleaner microplastic samples. The mixing rate was  found  to  have  a  significant  effect  on  the  degree  of  adsorption  of  the investigated  organic  compounds.  Increasing  the  mixing  speed  led  to  a  higher degree  of  adsorption,  with  the  maximum  adsorption  percentage  reached  at  a mixing speed of 150 rpm. In addition, the dispersion of powdered materials in the  water  had  no  significant  effect  on the  degree  of  adsorption  of  chlorinated phenols,  benzene  derivatives,  and  polycyclic  aromatic  hydrocarbons  on microplastics. The  adsorption  equilibrium  between  the  concentration  of  chlorinated phenols,  benzene derivatives and polycyclic aromatic hydrocarbons in water and selected types of microplastics (PEp, PE_PCPs_1, PE_PCPs_2, PEg, PET, PP, and  PLA) was established after 24 and 48 h of contact time, depending on the selected  group  of  organic  pollutants.  The  adsorption  affinity  of  chlorinated phenols,  benzene  derivatives,  and  polycyclic  aromatic  hydrocarbons  towards microplastics  was  influenced  by  both  the  physicochemical  properties  of  the compounds  and  the  characteristics  of  the  microplastics.  Based  on  the  kinetic experiments,  the  highest  adsorption  affinity  for  microplastics  was  shown  by benzene derivatives (qt=103-350 µg/g), while the lowest was  observed during the adsorption of chlorinated phenols (qt=25-225 µg/g). Benzene derivatives showed higher  adsorption  affinities  for  the  selected  microplastic  particles  than  the polycyclic  aromatic  hydrocarbons  and    chlorinated  phenols  which  had  similar logKow  values. The influence of the water matrix on adsorption of chlorinated phenols,  benzene  derivatives,  and  polycyclic  aromatic  hydrocarbons  on microplastics  depended  on  the  specific  functional  groups  of  the  investigated compounds as well as on the type of microplastics. Water matrix had little impact on  the  adsorption  of  polycyclic  aromatic  hydrocarbons  on  microplastics  but greatly impacted the adsorption of chlorinated phenols. Fitting the pseudo-second order kinetic  model to the  adsorption data of chlorinated phenols, benzene derivatives, and polycyclic aromatic hydrocarbons on microplastic particles resulted in high correlation coefficients, indicating that chemisorption  is  the  likely  adsorption  mechanism.  In  addition  to  the  high correlation coefficients obtained for all the organic pollutants investigated, the pseudo-second order rate constants obtained were lower than the initiaadsorption rate, indicating significantly faster adsorption at shorter contact times (12-24 h), with adsorption slowing down as equilibrium was reached.The adsorption mechanism of chlorinated phenols, benzene derivatives, and  polycyclic  aromatic  hydrocarbons  was  investigated  using Freundlich,Langmuir,  Redlich-Peterson,  Dubinine-Radusckevich,  and  Temkin  adsorption models.  The  Freundlich  exponent  values  for  the  adsorption  of  chlorinated phenols, benzene  derivatives, and polycyclic  aromatic  hydrocarbons were  less than 1 which indicates that the free energy of adsorption of these compounds on microplastics  decreases  as  the  initial  concentration  increases.  The  maximum adsorption capacities of PAHs on microplastic particles were in the range of 29.7-2596.5  µg/g.  High  maximum  adsorption  capacities  were  also obtained  for the adsorption  of  benzene  derivatives  on  the  tested  types  of  microplastics:  39.3-2010.1  µg/g.  The  chlorinated  phenols  behaved  differently,  and  were  more effected by the water matrix, with qmax values in  the range 20.00-205.6 µg/g. The pH of the water matrix was found to have a significant effect on the adsorption  of  chlorinated  phenols  on  microplastics,  whereas  in  the  case  of benzene  derivatives  and  polycyclic  aromatic  hydrocarbons,  the  degree  of adsorption  was  largely  independent  of  the  water  pH.  For  the  adsorption  of chlorinated  phenols  on  microplastics,  neutral  pH  conditions  resulted  in  the greatest degrees of adsorption (55-65% at pH 7), while adsorption was inhibited under acidic (8-35% at pH 4) and basic (15-35% at pH 10) conditions. The microplastic type with the lowest observed adsorption affinities was PLA. It can be thus be assumed that in the event that this type of microplastic enters water systems, organic pollutants will only adsorb weakly to this material, such  that  it  will  have  significantly  less  impact  on  the  transport  of  the se compounds through the environment, than the other tested  types of microplastics. The results obtained in this research demonstrate that the adsorption of the selected  groups  of  organic  pollutants  on  the  microplastics  investigated  is significantly  controlled  by  the  physicochemical  properties  of  the  tested compounds, such as the dissociation constant, molecule  size, hydrophobicity, structural properties, etc. In addition, the characteristics of the water matrix play an important role in controlling adsorption of organic pollutants on microplastic, especially the water pH. In addition, the structure and aging of the polymers had a major influence  on their interactions with the selected organic pollutants. The obtained  results  also  demonstrate  the  difficulty  in  determining  a  uniform mechanism  of  adsorption  between  the  various  organic  compounds  and microplastic particles in water.en
dc.languagesr (latin script)
dc.publisherУниверзитет у Новом Саду, Природно-математички факултетsr
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/MESTD/Integrated and Interdisciplinary Research (IIR or III)/43005/RS//
dc.rightsopenAccessen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.sourceУниверзитет у Новом Садуsr
dc.subjectmikroplastikasr
dc.subjectmicroplasticsen
dc.subjectbioplasticsen
dc.subjectorganic pollutantsen
dc.subjectchlorinated phenolsen
dc.subjectbenzene derivativesen
dc.subjectpolycyclic aromatic hydrocarbonen
dc.subjectadsorptionen
dc.subjectwater matrix impacten
dc.subjectbioplastikasr
dc.subjectorganski polutantisr
dc.subjecthlorovani fenolisr
dc.subjectderivati benzenasr
dc.subjectpoliciklični aromatični ugljovodonicisr
dc.subjectadsorpcijasr
dc.subjectuticaj vodenog matriksasr
dc.titleUticaj fizičko-hemijskih svojstava mikroplastike i odabranih perzistentnih organskih polutanata na interakcije u vodenom matriksusr
dc.title.alternativeImpact of physicochemical properties of microplastics and selected persistent organic pollutants on interactions in the aqueous matrixen
dc.typedoctoralThesisen
dc.rights.licenseBY-NC-ND
dcterms.abstractТубић Aлександра; Тубић Aлександра; Aгбаба Јасмина; Јовић Бранислав; Крагуљ Исаковски Маријана; Прица Миљана; Лончарски Маја; Утицај физичко-хемијских својстава микропластике и одабраних перзистентних органских полутаната на интеракције у воденом матриксу; Утицај физичко-хемијских својстава микропластике и одабраних перзистентних органских полутаната на интеракције у воденом матриксу;
dc.identifier.fulltexthttps://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/66436/IzvestajKomisije.pdf
dc.identifier.fulltexthttps://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/66435/Disertacija.pdf
dc.identifier.rcubhttps://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_17570


Документи за докторску дисертацију

Thumbnail
Thumbnail

Ова дисертација се појављује у следећим колекцијама

Приказ основних података о дисертацији