Απομάκρυνση χρωστικών από υδατικά συστήματα με την τεχνική της ρόφησης

Abstract

Recent years, more complex techniques have been applied. The technique studied in this dissertation is the sorption process. Two types of materials have been prepared: (i) super-adsorbents materials with a biopolymer as basic substrate, named as chitosan, and (ii) Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) which are selective sorbents. Firstly, the preparation of super-adsorbents materials of chitosan was realized both in powder form (~100 μm) and in beads (~1000 μm). Some reactive groups have been grafted on the chitosan substrate (amide, imine, vinylimidazole, carboxyl, sulfonate groups) to improve the sorption capacity for the dyes (reactive and basic). Furthermore, the cross-linking of the sorbents was realized chemically (for powders) and complexing chemical and ionical reagents (for beads) to improve their resistance in extreme conditions. According to the sorption experiments, the grafting with sulfonate groups had the most important impact and improve the chitosan sorption capacity for the basic dyes, while the grafting with imines for the sorption of reactive dyes. In real industrial effluent, ~4 g/L of sorbents can decolorize the whole concentration of effluent (700 mg/L). Only 4% is the reduction of sorption capacity of beads gerafted with imines after 10 cycles of sorption-desorption. Only 5% is the reduction of maximum sorption capacity of sorbents when the volume of eluent reduces ten times in relation to the respective of sorption. Furthermore, selective sorbents (MIPs of polymerization) were prepared both fot reactive and for basic dyes, and chitosan cross-linked MIPs for reactive dye molecules. The same result was found for chitosan-MIPs.

Τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον έχει στραφεί σε συνδυασμένες τεχνικές και καινοτόμες μεθόδους για την κατεργασία των χρωματισμένων αποβλήτων. Η τεχνική που μελετάται στην παρούσα διατριβή είναι αυτή της ρόφησης. Παρασκευάστηκαν δύο ειδών υλικά: (i) τα υπερ-ροφητικά υλικά που έχουν ως δομικό λίθο ένα βιοπολυμερές που ονομάζεται χιτοζάνη, και (ii) τα Μοριακώς Αποτυπωμένα Πολυμερή (MIPs) που ανήκουν στην τάξη των εκλεκτικών ροφητικών υλικών. Για το σκοπό της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε δείγματα πραγματικού αποβλήτου προερχόμενου απευθείας από τον αντιδραστήρα βαφής. Η πρωτοτυπία εξάλλου είναι πως κάτι τέτοιο μέχρι σήμερα δεν έχει μελετηθεί στην παγκόσμια βιβλιογραφία. Αρχικά, επιτεύχθηκε η παρασκευή υπερ-ροφητικών υλικών χιτοζάνης τόσο σε μορφή σκόνης (~100 μm) όσο και σε μορφή σφαιριδίων (~1000 μm). Έγινε εμβολιασμός λειτουργικών ομάδων στο υπόστρωμα της χιτοζάνης (αμίδια, ιμίνες, βινυλιμιδαζόλια, καρβοξύλια, σουλφονικές ομάδες) για να βελτιωθεί η ροφητική ικανότητα (χωρητικότητα) των υλικών σε χρωστικές ουσίες (βασικές και αντίδρασης). Επίσης, δικτυώθηκαν τα υλικά με χημικό τρόπο (για τις σκόνες) και συνδυασμός χημικών – ιονικών αντιδραστηρίων (για τα σφαιρίδια) για να βελτιωθεί η αντοχή τους σε ακραίες συνθήκες. Διαπιστώθηκε πως ο εμβολιασμός με σουλφονικές ομάδες επέφερε την σημαντικότερη αύξηση στην χωρητικότητα της χιτοζάνης για την ρόφηση βασικών χρωστικών, ενώ ο εμβολιασμός με ιμινικές ομάδες για την ρόφηση χρωστικών αντίδρασης. Σε πραγματικό βιομηχανικό απόβλητο, ποσότητα ~4 g/L των ροφητικών υλικών είναι ικανή να αποχρωματίσει όλο το απόβλητο. Επίσης, παρασκευάστηκαν εκλεκτικά ροφητικά υλικά (MIPs πολυμερισμού) τόσο για χρωστικές αντίδρασης όσο και για βασικές χρωστικές, καθώς και MIPs δικτύωσης με χιτοζάνη για μόρια χρωστικών αντίδρασης που υπερτερούν σε χωρητικότητα των MIPs πολυμερισμού, όμως υστερούν σε εκλεκτικότητα από αυτά.