| Περίληψη: | Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη της απομάκρυνσης βαφών από υδατικά ρεύματα μέσω προσρόφησης σε υλικά προερχόμενα από την βιομάζα στερεών αγροτικών αποβλήτων.
Αρχικά, μελετήθηκε η προσροφητική ικανότητα υλικών που προκύπτουν από φλοιούς μπανάνας (ΦΜ), αγγουριού (ΦΑ) και πατάτας (ΦΠ), για την απομάκρυνση της κατιονικής βαφής Methylene blue (MB) και της ανιονικής βαφής Orange G (OG) από υδατικό διάλυμα. Πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των προσροφητικών υλικών με φασματοσκοπία απορρόφησης ATR-FTIR, ρόφηση αζώτου (BET), περίθλαση ακτίνων χ (XRD) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Με την διεξαγωγή πειραμάτων προσρόφησης σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου προσδιορίστηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης βαφής, της ποσότητας του προσροφητικού υλικού και του pH του υδατικού διαλύματος στις ισοθέρμους ισορροπίας και τις κινητικές προσρόφησης. Με βάση τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υλικών και την προσαρμογή ισοθέρμων και κινητικών προσρόφησης σε διάφορα μοντέλα ερμηνεύτηκε ο μηχανισμός προσρόφησης. To pH μηδενικού φορτίου βρέθηκε pHPZC~6.5 για όλα τα υλικά. Η μέγιστη προσροφητική ικανότητα για τη βαφή ΜΒ βρέθηκε ίση με 0.211, 0.107 και 0.18 g/g-προσροφητικού για τους ΦΜ, ΦΠ και ΦΑ, αντιστοίχως (pΗ=6). Οι αντίστοιχες τιμές για τη βαφή OG βρέθηκαν να είναι 0.021, 0.024 και 0.040 g/g-προσροφητικού (pΗ=2). Όσον αφορά τη ΜΒ, ο κύριος μηχανισμός της προσρόφησης είναι η ηλεκτροστατική έλξη των αρνητικά φορτισμένων ομάδων (COO-, OH-) της επιφάνειας προς τα κατιόντα, σε pH>pHPZC. Από την άλλη πλευρά η OG προσροφάται ικανοποιητικά μόνο σε πολύ χαμηλές τιμές του pH (pH<pHPZC) όπου η πρωτονίωση των επιφανειακών ομάδων ευνοεί την ηλεκτροστατική έλξη ανιόντων.
Με βάση τα παραπάνω, στη συνέχεια, η μελέτη εστιάστηκε στην προσρόφηση ΜΒ σε ΦΜ υπό συνθήκες συνεχούς ροής. Κατασκευάστηκε στήλη από ανοξείδωτο χάλυβα η οποία γέμισε μερικώς με κλίνη υλικού από φλοιούς μπανάνας. Πραγματοποιήθηκε παραμετρική πειραματική μελέτη της προσρόφησης με την έκχυση υδατικού διαλύματος ΜΒ υπό σταθερή ογκομετρική παροχή με περισταλτική αντλία. Μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης ΜΒ, του ύψος της κλίνης του προσροφητικού υλικού και της ογκομετρικής παροχής. Αναπτύχθηκε μαθηματικό μακροσκοπικό μοντέλο των διεργασιών ροής, μεταφοράς μάζας και προσρόφησης λαμβάνοντας υπόψην τη συναγωγή, την υδροδυναμική διασπορά και τη ρόφηση, η οποία θεωρήθηκε ως διεργασία δύο θέσεων, σε ισορροπία και εκτός ισορροπίας. Για την εκτίμηση των παραμέτρων που ποσοτικοποιούν την ικανότητα προσρόφησης και την κινητική της προσρόφησης, οι πειραματικές καμπύλες διέλευσης της αδιάστατης συγκέντρωσης ΜΒ προσαρμόστηκαν στην αριθμητική λύση του μαθηματικού μοντέλου. Η ικανότητα προσρόφησης MB στην κλίνη ΦΜ ήταν συγκρίσιμη με εκείνη που εκτιμήθηκε από πειράματα διαλείποντος έργου και κυμάνθηκε από 0.14-0.21 g/g-προσροφητικού. Η δυναμική της προσρόφησης ΜΒ σε θέσεις της επιφάνειας εκτός ισορροπίας γίνεται εμφανής και ο ρυθμός της αυξάνεται καθώς το ύψος της κλίνης ή η παροχή αυξάνονται. Η ικανότητα προσρόφησης της κλίνης ΦΜ μεγιστοποιείται για μικρά ύψη και χαμηλές παροχές ή μεγάλα ύψη και υψηλές παροχές.
|
|---|
