Adsorpce Cr(VI) na půdní komponenty - využití povrchových komplexačních modelů

Filip Šmat

Bachelor's thesis

Adsorption of Cr(VI) onto soil components - surface complexation modeling approach

Abstract:

Chrom (VI) je toxická látka široce zastoupená v materiálech užívaných v industriálních odvětvích lidské činnosti. Nejhorší vliv na životní prostředí, co se využívání Cr(VI) týče, má průmysl, který s Cr (VI) v podobě slitin pracuje a následně se ho zbavuje. Právě odpady a úniky Cr(VI) kontaminují půdy a odtud se následně dostává do podzemních vod. Procesy spojené s pronikáním Cr(VI) do půd a vod a jeho činnosti v půdě, jako jsou adsorpce a desorpce, jsou nezbytné pro pochopení dějů s ním spjatých a jeho následné snazší odstraňování z ekosystémů životního prostředí. Právě mechanismy adsorpčních procesů Cr(VI) v půdách jsou předmětem zájmu této bakalářské práce. Hlavním cílem bylo zachycení podmínek umožňující vytvoření reprezentativního komplexního modelu pro vyjádření procesů adsorpce Cr(VI) v přirozeních heterogenních systémech. Adsoprce Cr(VI) (za koncentrací 10-4, 10-5 a 10-6 M Cr(VI)) na syntetické směsi půdních složek byla sledovaná v laboratorních podmínkách pomocí nádobových experimentů v závislosti na pH hodnotách (od 3 do 10) a iontové síle elektrolytu v pozadí (od 0.001 do 0.1 M KNO3). Směsi půdních složek skládajících se z křemene, živce, illitu, kaolinitu, ferrihydritu a maghemitu byly připravované v poměrech odrážející reálné složení antropozemě lokality Komárov. Získaná data sloužila jako vstupní údaje pro vytvoření povrchových komplexních modelů (DLM), přičemž byl aplikovaný přístup přidávání komponentů (component additivity approach). Pro účely modelování byly použity programy Protofit, Fiteql a Visual Minteq. Výsledky modelování vzniku jednoduchých Cr(VI) komplexů vnitřní sféry poukazují na primární úlohu Fe oxidů v procesech adsorpce. Nevýhodou DLM je jeho neschopnost zohlednit úlohu jiných procesů, které probíhají současně s adsorpčními, jako například redukce Cr(VI) na Cr(III). Proto je nutné kombinovat teoretické modelování se spektroskopickými metodami, které simulovaný vznik Cr(VI) komplexů a případné formování Cr(III) komplexů potvrdí. Kombinovaný přístup k problematice adsorpce dokáže poskytnout informace, které mohou být důležité pro využití v případných remediačních aktivitách.

Abstract:

Chromium (VI) is toxic substance widely used in many industries such as metal plating, leather tanning or textile dying. Due to human and industrial activity has Cr(VI) significant influence on environment, causing contamination soils trough wastewater. Its very important to understand processes related with Cr(VI) in soils as adsorption and desorption, if we want achieve easier removal Cr(VI) from contaminated environment. Adsorption mechanisms are subjects of studies in this bachelor work, which presents conditions to create representative complex models for expression of Cr(VI) processes in natural heterogeneous systems. Adsorption of Cr(VI) (concentration 10-4, 10-5 a 10-6 M Cr(VI)) was studied on syntetic mixture of soil components by adsorption edge experiments at different solution pH (3-10) and ionic strengths (using 0.001, 0.01, and 0.1 M KNO3 as the background electrolyte). Mixtures of Quartz, Albite, Illite, Kaolinite, Ferryhydrite and Maghemite reflect natural composition soils of Komárov. Adsorption bath experiments data were used to calibrate DLM (the diffuse-layer model) by using component additivity approach. Data were used to optimize values of adjustable model parameters using Protofit, Fiteql and Visual Minteq. Results of modeling Cr(VI) complexes inner-sphere show that Fe oxides have the primary role in adsorption. Results confirmed, that adsorption behaviour of Cr(VI) complexes inner sphere is controlled by presence of Fe oxides. Disadvantage of DLM lies in inability to solve more processes which are in background of adsorption, as reduction of Cr(VI) to Cr(III). Therefore it´s important to combine theoretical modeling with spectroscopic methods, which allow and confirm creation Cr(VI) and Cr(III) complexes. This combined procedure will give us information for prediction of processes in future.

Keywords

syntetické směsi půdních komponentů, adsorpce, povrchové komplexační modely, chrom (VI)

Keywords

chromium (VI), synthetic mixtures of soil components, adsorption, surface complexation models

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Veronika Veselská, PhD.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme / field:
Landscaping / Landscaping