Mechanismy záchytu chromu na podvojné vrstevnaté hydroxidy

Bc. Aneta Pouzarová

Master's thesis

The mechanisms of chromium adsorption onto layered double hydroxides

Abstract:

Hlavním cílem této diplomové práce je studium mechanismů záchytu chromu na podvojné vrstevnaté hydroxidy. První část práce je zaměřena na literární rešerši, která shrnuje informace týkající se chromu, adsorpce, podvojných vrstevnatých hydroxidů včetně adsorpčních mechanismů a experimentálních metod pro analýzu pevných vzorků. Experimentální část diplomové práce se zabývá provedením a zhodnocením kinetických a rovnovážných adsorpčních experimentů chromu na Mg-Fe podvojné vrstevnaté hydroxidy o různých molárních poměrech Mg/Fe (2:1 a 4:1) při různých hodnotách pH (5,5, 7,5 a 9,5). Výsledné hodnoty kinetických experimentů ukázaly, že nejefektivněji probíhá adsorpce při pH 5,5, tj. okolo 90 %, což bylo srovnatelné pro oba typy podvojných vrstevnatých hydroxidů. Naopak nejméně efektivní byla adsorpce při pH 9,5, a to 24,7 % pro Mg-Fe LDH 2:1 (a 30,9 % pro Mg-Fe LDH 4:1). Experimentálně získané hodnoty byly modelovány pomocí modelu pseudo-prvního a pseudo-druhého řádu. Kinetickým experimentům více odpovídal model pseudo-druhého řádu. Výsledky ukázaly rychlejší průběh adsorpce v případě LDH 4:1 v porovnání s LDH 2:1. Rovnovážné adsorpční experimenty však ukázaly, že vyšší adsorbované množství bylo zjištěno u LDH 2:1 oproti LDH 4:1. Data z rovnovážných adsorpčních experimentů byla modelována pomocí Langmuirova a Freundlichova modelu. Experimentálním hodnotám lépe vyhovoval Freundlichův model. Výsledky adsorpčních experimentů při různých hodnotách pH ukázaly, že nejefektivnější adsorpce probíhá při nižších hodnotách pH. Měření uvolňovaného Mg z povrchu LDH ukázalo, že dochází k největšímu uvolňování v kyselém prostředí (pH 4,5-6,5). LDH jsou tedy při nižším pH nestabilní. Porovnáním difraktogramů pro podvojné vrstevnaté hydroxidy před a po adsorpčních experimentech bylo pozorováno snížení intenzity píků po adsorpci. Výsledy ukázaly významný vliv pH na celkové adsorbované množství chromu na Mg-Fe podvojné vrstevnaté hydroxidy.

Abstract:

The main aim of this diploma thesis is to study the mechanisms of chromium capture on double layered hydroxides. The first part of the work is focused on the literature search, which summarizes information about chromium, adsorption, layered double hydroxides including adsorption mechanisms and experimental methods for solid sample analyses. The experimental part of the diploma thesis deals with the implementation and evaluation of kinetic and equilibrium adsorption experiments of chromium on Mg-Fe layered double hydroxides with different molar ratios of Mg/Fe (2:1 and 4:1) at different pH values (5.5, 7.5 and 9.5). The resulting values of the kinetic experiments showed that the most efficient adsorption is at pH 5.5, i.e., about 90 % that was comparable for both types of layered double hydroxides. In contrast, the least effective adsorption was at pH 9.5, i.e., 24.7 % for Mg-Fe LDH 2:1 and 30.9% for Mg-Fe LDH 4:1. The experimentally obtained values were modeled using a pseudo-first and pseudo-second order model. The pseudo-second order model better fitted the kinetic experiments. The results showed a faster course of adsorption in the case of LDH 4: 1 compared to LDH 2: 1. However, equilibrium adsorption experiments showed that a higher adsorbed amount was found for LDH 2:1 compared to LDH 4:1. Data from equilibrium adsorption experiments were modeled using the Langmuir and Freundlich models. Freundlich model corresponded better to the experimental values. The results of adsorption experiments at different pH values showed that the most efficient adsorption takes place at lower pH values. Measurement of the Mg released from the LDH surface showed that the greatest release occurs in an acidic environment (pH 4.5-6.5). Therefore, LDHs are unstable at lower pH. By comparing the diffractograms for layered double hydroxides before and after adsorption experiments, a decrease in the intensity of the peaks after adsorption was observed. The results showed a significant effect of pH on the total adsorbed amount of chromium on Mg-Fe double layered hydroxides.

Keywords

adsorpce, kinetika, izotermy, podvojné vrstevnaté hydroxidy, chrom

Keywords

adsorption, kinetics, isotherms, layered double hydroxides, chromium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Barbora Hudcová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme / field:
Landscape Engineering / Regional Environmental Administration