Mechanismy záchytu kovů na oxidy manganu

Bc. Klára Štefancová

Master's thesis

The mechanisms of metal adsorption onto manganese oxides

Abstract:

Diplomová práce se zabývá studiem sorpce rizikových (toxických) kovů (zinku a kadmia) na vybrané pevné materiály (amorfní oxidy manganu syntetizované pomocí glukózy, sacharózy a melasy). V teoretické části této práce byly poskytnuty informace týkající se kontaminace půd a vod rizikovými (toxickými) kovy a následné možnosti jejich snížení nebo odstranění pomocí remediačních technologií, kam se řadí i metoda chemické stabilizace. V experimentální části této práce byly popsány a zhodnoceny výsledky sorpce zinku a kadmia na amorfní oxidy manganu připravené z glukózy (AMO-G), sacharózy (AMO-S) a melasy (AMO-M) při počátečních koncentrací zinku a kadmia 10-4 M, rozdílných hodnotách pH (3-8) a koncentracích elektrolytu, tj. při různých iontových silách (10-1 M až 10-3 M). Byly získány charakteristické adsorpční hrany, přičemž bylo zjištěno, že sorpce kadmia a zinku probíhala rozdílně, kdy se na amorfní oxidy manganu obecně sorbovalo menší množství zinku než kadmia. Preferenčním mechanismem záchytu byla stanovena chemická adsorpce, avšak byla zjištěna i mírná závislost na iontové síle při nižších hodnotách pH, kdy se ve slabších elektrolytech při daném pH sorbovalo větší množství zinku a kadmia než v elektrolytu silnějším, což bylo přisouzeno vlivu fyzikální adsorpce. Pomocí programu Visual MINTEQ 3.1 byla zhodnocena možná precipitace pevné fáze během experimentu, díky které mohla být sorpce při vyšších hodnotách pH ovlivněna. Na základě měření pomocí rentgenové difrakce byl vyloučen významnější vliv precipitace při pH menším než 7. Jako nejefektivnější a nejstabilnější materiál, a tím pádem i potenciálně vhodné remediační činidlo, se jeví AMO-S, naopak jako nejméně stabilní byl vyhodnocen AMO-G.

Abstract:

This diploma’s thesis deals with the study of sorption of hazardous (toxic) metals (zinc and cadmium) onto selected solid materials (amorphous manganese oxides synthesized using different sugars; glucose, sucrose and molasses). The theoretical part of this thesis provided information on contaminated soils and water with hazardous (toxic) metals, and the possibility of reduction or removal of these contaminants from the soil and water by means of remediation technologies, including the method of chemical stabilization. In the experimental part of this thesis, the results of the experiment were described, which involved zinc and cadmium sorption onto amorphous manganese oxides synthesized by glucose (AMO-G), sucrose (AMO-S) and molasses (AMO-M) using concentration of zinc and cadmium 10-4 M, different pH values (3-8) and concentrations of the background electrolyte (10-1 M to 10-3 M NaNO3). Characteristic adsorption edges were obtained, while the sorption capacity of zinc and cadmium was different. In general, less zinc capacity than cadmium capacity was sorbed onto amorphous manganese oxides. Adsorption was the prevailing removal mechanism, although a slight dependence on ionic strength at lower pH values was noticed, when more zinc and cadmium was sorbed in weaker electrolytes at the given pH value compared to a stronger electrolyte, which was attributed to physical adsorption. The potential influence of metal precipitation were predicted by speciation modeling using the Visual MINTEQ 3.1 program, thanks to which the sorption could be affected at higher pH values. Based on X-ray diffraction analyses, a more significant effect of precipitation at pH < 7 was excluded. AMO-S appears to be the most effective and stable material (considered to be highly effective stabilizing amendment), while AMO-G was evaluated as the least stable amendment.

Keywords

oxid manganu, zinek, kadmium, adsorpce, adsorpční hrany

Keywords

manganese oxide, zinc, cadmium, adsorption, adsorption edges

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 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