Modifikace biocharu pomocí podvojných vrstevnatých hydroxidů vyrobených z odpadních Fe kalů a jeho využití pri dočišťování důlních vod

Bc. Filip Šmat

Master's thesis

Biochar modification by double layered hydroxides from Fe sludges and its use in mining water treatment

Abstract:

Diplomová práce vznikla jako součást projektu TAČR Zéta TJ01000015 (Aplikace odpadních modifikovaných bio-materiálů pro čištění důlních vod) a předkládá postupy vývoje, výroby a využití produktu vzniklého dřevěného biocharu modifikovaného Mg-Fe podvojnými vrstevnatými hydroxidy (LDHs) o molárním poměru 4:1. Cílem je vytvoření nového materiálu schopného efektivní a ekonomické sanace při odstraňování aniontů a kationtů kovů a polokovů z důlních vod.Nově vytvořený kompozit LDH-biochar byl využit pro odstraňování arsenu a antimonu z vybraných z důlních vod na Slovensku v rámci testování přenosného kolonového zařízení při remediačních aktivitách ve spolupráci s firmou GEOtest a.s.Biochar je v posledních letech běžně využívaným materiálem k odstraňování anorganických kontaminantů z odpadních vod a pro zvýšení jeho sorpčních vlastností je nezbytná modifikace. Tu je možné provést využitím různých materiálů, jako Fe oxidy, Mn oxidy, LDHs. Podvojné vrstevnaté hydroxidy (LDHs) jsou skupinou vrstevnatých materiálů odvozených od brucitu. Jejich hlavní výhodou je unikátní struktura, sorpční vlastnosti a ekonomická výroba. Modifikace pomocí LDHs je ovšem pro sorpci aniontů kovů dosud nepříliš prozkoumanou metodou. Součástí diplomové práce je stručný teoretický přehled poznatků o modifikacích biocharu a o jejich efektivitě v odstraňování kovů a polokovů, zejména As a Sb. Experimentální část práce je zaměřena na primárně na kinetické experimenty, kterými byla vyhodnocena rychlost retence As a Sb z důlních vod na kompozit LDH-biochar a jeho porovnání s dalšími materiály, včetně odpadních materiálů, modifikovaných biocharů a komerčně využívaných materiálů na bázi uhlíku. Geochemicko-mineralogická charakteristika kompozitu LDH-biochar byla vykonána pomocí rentgenové difrakční analýzy (XRD) a skenovací elektronové mikroskopie (SEM).

Abstract:

The thesis was formed as part of project TAČR Zéta TJ01000015 (Application modified waste bio materials for remediation of mining water) and submits development, procedure and application of new incurred product. This product made of wooden biochar was modified by Mg-Fe Layered Double Hydroxides (LDHs) with molar ratio 4:1. The object of this work was creation a new capable material to make effective and economical remediation of anions and cations of metalloids from mining water. Newly developed composite LDH-biochar was used for a removal of arsenate and antimony from selected Slovakia mining water within testing of the portable pressure sorption column device during remediation activities in cooperation with company GEOtest a.s.In recent years has been biochar widely used as a material for removing inorganic contaminants from waste water. For increasing its sorption characteristics was modification necessary. Modification can be done by using of different materials as Fe oxides, Mn oxides or LDHs. Layered Double Hydroxides (LDHs) are group of layered materials derived from brucite. Main advantage is unique structure, sorption characteristics and economic production. The modification using by LDHs is indeed for sorption of metal anions, but still not explored method. Component of this thesis is a brief theoretical overview of knowledge about modifications of biochar and their efficiency in removing metalloids, especially As and Sb, which were in the framework of this project. Experimental part primary focus on kinetic experiments, showing rapidity of retention of As, Sb in case of composite LDH-biochar and it comparison with other materials, as waste materials, modified biochar materials and commonly used commercial materials based on carbon. Geochemical-mineralogy characteristic of composite LDH-biochar was investigated by X-ray photo-electron spectroscopy (XPS) analyses and scanning electron microscopy (SEM).

Keywords

důlní vody, podvojné vrstevnaté hydroxidy, metaloidy, remediace, biochar

Keywords

biochar, layered double hydroxides, mine waters, metalloids, remediation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 4. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Veronika Veselská, PhD.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme / field:
Landscape Engineering / Landscape Engineering