Vliv kompetitivních iontů na záchyt arsenu na podvojné vrstevnaté hydroxidy

Bc. Pavla Matulová

Master's thesis

The influence of competitive ions on arsenate adsorption onto layered double hydroxides

Abstract:

V rámci této diplomové práci byl proveden popis a vyhodnocení adsorpčních schopností podvojných vrstevnatých hydroxidů (LDH) vůči fosforu, síře a arsenu. V první části byla zpracována podrobná literární rešerše, která se zaměřovala na popis půd a jejich vlastností, na koloběh živin, aplikaci hnojiv a problémy s tím spojené, dále na mobilitu prvků v půdách a popis vybraných oxyaniontů. Dále byla v práci uvedena problematika kontaminace půd rizikovými prvky a možnosti odstraňování těchto prvků za pomoci různých metod včetně chemické stabilizace (proces adsorpce). Následně byly shrnuty důležité vlastnosti LDH a jejich role při záchytu a uvolňování prvků. V experimentální části byly provedeny kinetické a rovnovážné adsorpční experimenty fosforu, síry a arsenu na LDH při hodnotách pH 5,5, 7,5 a 9,5. Data zjištěná z kinetických experimentů byla následně modelována pomocí nelineární formy pseudo-prvního a pseudo-druhého kinetického řádu. Rychlost adsorpce byla silně závislá jak na daném prvku, tak na hodnotě pH. Z hlediska kompetitivních efektů došlo ke snížení rychlosti adsorpce u arsenu, avšak adsorpční efektivita byla téměř nezměněna, naopak rychlost adsorpce byla totožná u fosforu a mírně vyšší u síry. Výsledky rovnovážných experimentů byly modelovány pomocí nelineární formy Freundlichova a Langmuirova modelu. Obecně se adsorbované množství snižovalo se zvyšující hodnotou pH. Nejvyššího adsorbovaného množství bylo dosaženo při pH 5,5 pro fosfor, dále pro arsen a nejméně pak pro síru. Uvolněné množství Mg z LDH se snižovalo s rostoucím pH. Získané výsledky poukázaly na významnou efektivitu LDH vůči různým oxyaniontům a předurčují LDH jako vhodná remediační činidla.

Abstract:

In this diploma´s thesis, a description and evaluation of the adsorption capabilities of layered double hydroxides (LDH) towards phosphorus, sulfur and arsenic were performed. In the first part, a detailed literature research was processed, which focused on the description of the soils and their properties, the nutrient cycles, fertilizer application and related problems, as well the mobility of elements in soils and the description of selected oxyanions. Furthermore, the work presented the issue of soil contamination with risk elements and the possibility of removing these elements using various methods, including chemical stabilization (adsorption process). Subsequently, the important properties of LDH and their role in the capturing and releasing elements were summarized. In the experimental part, kinetic and equilibrium adsorption experiments of phosphorus, sulfur, and arsenic on LDH were performed at pH values of 5.5, 7.5 and 9.5. The data obtained from the kinetic experiments were subsequently modeled using a nonlinear form of the pseudo-first and pseudo-second kinetic order. The rate of adsorption was strongly dependent on both the element and the pH value. In terms of competitive effects, the adsorption rate of arsenic decreased, but the adsorption efficiency was almost unchanged, while the adsorption rate was the same for phosphorus and slightly higher for sulfur. The results of equilibrium experiments were modeled using a nonlinear form of Freundlich and Langmuir model. In general, the adsorbed amount decreased with the increasing pH values. The highest adsorbed amount was achieved at pH 5.5 for phosphorus, then for arsenic and the least for sulfur. The amount of Mg released from LDH decreased with the increasing pH value. The obtained results showed a significant effectiveness of LDH against various oxyanions and predetermine LDH as suitable remediation agents.

Keywords

podvojné vrstevnaté hydroxidy, fosfor, síra, arsen, adsorpce

Keywords

adsorption, layered double hydroxides, phosphorus, sulfur, arsenic

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