Biosorpce trojmocného a šestimocného chromu z vodných roztoků pomocí biomasy na bázi rostlin a řas.

Mariana Herková

Doctoral thesis

Biosorption of Trivalent and Hexavalent Chromium from Aqueous Solutions Using Biomass Based on Plants and Algae.

Abstract:

V této disertační práci byla studována schopnost biomasy rostliny Reynoutria japonica a řasy Spirogyra sp. vázat z vodného roztoku ionty Cr(III) a Cr(VI). Předmětem výzkumu bylo studium vlivu pH a vliv aktivace na průběh časového profilu sorpce a sorpčích isoterem. Z těchto výsledků byly vytvořeny matematické modely, pseudo druhého řádu, Langmuirův a Frendlichův model. Dále byla zkoumána možnost regenerace biosorbentu procesem desorpce. Studium se také zabývalo redukci aniontů Cr(VI) v určitém pH roztoku chromových iontů v přítomnoti biosorbentu. Z analytických metod byly biosorbenty podrobeny FTIR, SEM a BET analýze. Z výzkumu vyplynulo, že pH roztoku má značný vliv na proces biosorpce. Pro sorpci Cr(III) bylo nejvhodnější pH 5. Nejlepších výsledků bylo dosaženo u Reynoutria japonica aktivované 0,1 M NaOH a Spirogyra sp. aktivované v 0,1M HCl. Pro sorpci Cr(VI) se jako nejvhodnější jevilo pH 2-4. Nejlepších výsledků dosáhla Reynoutria japonica aktivovaná 0,1 M HCl. Biosorbent ze Spirogyra sp. měl největší účinnost odstranění Cr(VI) při pH 2 a aktivaci biosorbentu v 0,1 M HCl. U Cr(VI) byla zjištěna redukce na Cr(VI) v určitých podmínkách za přítomnosti biosorbentu. Ze studia sorpčních isoterem se zjistilo, že biosorbent z řasy Spirogyra sp. je vhodný pouze pro sorpci Cr(III) i Cr(VI) o koncentraci < 10 mg/l zdůvodů malého měrného povrchu, zatímco rostlina Reynoutria japonica je vhodná pro sorpci Cr(III) i Cr(VI) o koncentraci > 10 mg/l. Desorpce byla provedena 0,5 M H2SO4 pro vybrané biosorbenty. Desorpce Cr(III) nebyla úspěšná, jelikož ionty Cr(III) jsou pravděpodobně vázany mnohem silnější vazbou než je vazba fyzikální adsorpce. Desorpce Cr(VI) byla u Reynoutria japonica úspěšná z 80 %. Spirogyra sp. se nepodařilo desorbovat.

Abstract:

In this thesis we investigated the capability of plant Reynoutria japonica and algae Spirogyra sp. to bind Cr(III) and Cr(VI) ions from aqueous solutions. The object of this research was to study effect of pH and activation and its influence on the time profile sorption and sorptions isoterms. From these results was created matematical models, pseudo second order model, Langmuir and Freundlich models. It was also investigated the possibility of regeneration biosorbents by desorption proces. The study also dealed with the reduction of anions of Cr(VI) at determinated pH of chromium solution in presence of biosorbent. From analytical metods the biosorbents were subjected to FTIR, SEM and BET analysis. The results showed that pH has a significant ifluence on the proces of biosorption. For the sorption of Cr(III) was the most suitable the pH 5. The best results was achieved by Reynoutria japonica activated in 0,1 M NaOH and Spirogyra sp activated in 0,1 M HCl. For the sorption of Cr(VI) was the most suitable the pH 2-4. The best results were achieved by Reynoutria japonica activated in 0,1 M HCl. The biosorbent of Spirogyra sp has the highest removal efficiency of Cr(VI) at pH 2 and activated in 0,1 M HCl. The ability of reduction Cr(VI) to Cr(III) at determinated condition in presence of biosorbents was found. From the study of the sorption isoterms was revealed that biosorbent from Spirogyra sp. is suitable for sorption of Cr(III) and Cr(VI) at a concentration < 10 mg/l, because of small surface area. Reynoutria japonica is suitable for sorption of Cr(III) and Cr(VI) at a concentration > 10 mg/l. The desorption was performed with 0,5 M H2SO4 for selected biosorbents. The desorption of Cr(III) was not successful, because Cr(III) ions are probably binded much stronger bond than the bond of physical adsorption. Desorption of Cr(VI) was successful in 80% by Reynoutria japonica. Spirogyra sp failed in desorption process.

Keywords

Reynoutria japonica, Spirogyra sp., biosorpce, Cr(III), Cr(VI), redukce, kinetika, isotermy, desorpce, FTIR, SEM, BET analýza.

Keywords

Reynoutria japonica, Spirogyra sp., biosorption, Cr(III), Cr(VI), reduction, kinetics, isoterms, desorption studies, FTIR, SEM, BET analysis.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 7. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 5. 11. 2015
• Supervisor: Vladimír Čablík
• Reader: Jana Kaduková, Barbara Tora, Radmila Kučerová

VŠB - Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Nerostné suroviny / Úpravnictví