Naslov (srp)

Surface modification and functionalization of natural zeolite - clinoptilolite: doctoral dissertation : doktorska disertacija

Autor

Kalebić, Barbara, 1994-

Doprinosi

Rajić, Nevenka, 1959-
Đolić, Maja
Škoro, Nikola, 1960-
Ljubas, Давор
Cajner, Hrvoje
Ćurković, Lidija, 1966-
Pavićević, Vladimir, 1983-

Opis (eng)

Cilj ove doktorske disertacije bio je razvoj novog, ekološki prihvatljivog i ekonomskiisplativog adsorbensa na bazi prirodnog zeolita – klinoptilolita (CLI) za uklanjanjeantibiotika ciprofloksacina (CIP) iz vodenih rastvora. Za modifikaciju je izabran CLI kaojedan od najdostupnijih prirodnih zeolita, dok je CIP izabran kao široko upotrebljivanantibiotik iz grupe fluorohinolona.U radu, CLI je modifikovan na tri načina. Prvo, nanočesticama gvožđe-oksida (MAG)primenom dve metode: 1) ko-precipitacijom (MAGCP-CLI) iz rastvora Fe(II)-soli i 2)mikrotalasnom kristalizacijom takođe iz Fe(II)-rastvora (MAGMW-CLI). Treći postupakmodifikacije podrazumevao je nanošenje grafen-oksida na MAGMW-CLI pomoćuultrazvučnog tretmana (GO-MAGMW-CLI).Adsorpcija CIP-a na dobijene adsorbense ispitana je za različite početne koncentracije,temperature, vrednosti pH i reakciona vremena. Za anlizu uticaja ovih parametara naefikasnost adsorpcije korišćena je metoda za dizajn eksperimenta (DoE). Metodomodzivnih površina i primenom centralnog kompozitnog dizajna (RSM-CCF) određeno jesledeće: najveća moguća koncentracija CIP-a od 12.40 mg g–1 postignuta je na GO-MAGMW-CLI za početnu koncentraciju 48,47 mg dm–3 pri pH = 5 i 24,78 °C, nakon 19,20minuta.Kinetika i mehanizam adsorpcije ispitivane su pomoću najčešće korišćenih kinetičkihmodela i adsorpcionih izotermi na 10, 15 i 20 °C i pH = 5. Za sve ispitivane temperature,kinetika adsorpcije sledi Lagergrenovu jednačinu pseudo-drugog reda, dok se mehanizamprocesa adsorpcije najbolje opisuje Langmuirovom izotermom. Zaključeno je damehanizam adsorpcije CIP-a za ispitivane adsorbense uključuje dva procesa: reakcijujonske zamene i elektrostatičko privlačenje između negativno naelektrisanealuminosilikatne rešetke adsorbensa i CIP-katjona.Modifikacija CLI-a mešovitim oksidima gvožđa (12 mas.%) doprinela je da adsorbensidobiju magnetna svojstva i da se pomoću spoljašnjeg magnetnog polja lako mogu odvojitiod tečne faze. Takođe, prisustvo grafen-oksida na površini doprinelo je povećanjuspecifične površine i adsorpcionog kapaciteta.Za regeneraciju adsorbenasa primenjena je nova metoda netermalne plazme (NTP) kojaje prvi put ispitana u ovom radu za uklanjanje organskih vrsta sa površine minerala. UNTP tretmanu došlo je do stvaranja različitih reaktivnih gasnih vrsta koje su doprinelemineralizaciji adsorbovanog CIP-a. Rezultati su pokazali da u pet uzastopnih ciklusaadsorpcije/regeneracije, ostaje očuvano više od 90% adsorpcionog kapaciteta

Opis (srp)

The goal of the dissertation was to develop new, environmentally friendly, andeconomically profitable adsorbents based on natural zeolite – clinoptilolite (CLI) for theremoval of the antibiotic ciprofloxacin (CIP) from aqueous solutions. CLI was chosen asit is readily available, while CIP as it is a widely used fluoroquinolone-type antibiotic.In this study, the CLI is first modified with iron oxide nanoparticles (MAG) by twomethods: 1) co-precipitation (MAGCP-CLI) from a Fe(II) salt solution and 2) microwavecrystallization also from Fe(II) solution (MAGMW-CLI). Finally, the third modificationprocedure involved the deposition of graphene oxide on MAGMW-CLI using ultrasonictreatment (GO-MAGMW-CLI).The CIP adsorption on the obtained adsorbents was investigated for different initial CIPconcentrations, temperatures, pH values and reaction times. The design of experiment(DoE) was used to analyse the influence of these parameters on the adsorption efficiency.Using the response surface methodology and the application of the central compositedesign (RSM-CCF), the following was determined: the highest possible adsorbed CIPconcentration (12.40 mg g–1) is achieved onto GO-MAGMW-CLI for an initialconcentration of 48.47 mg dm–3 at pH = 5 and 24.78 °C, after 19.20 min.Adsorption kinetics and mechanism were investigated by applying the most commonlyused kinetic and adsorption isotherms models at 10, 15 and 20 °C and pH = 5. For allinvestigated temperatures, the adsorption kinetics follows the pseudo-second-orderLagergren equation, while the mechanism of the adsorption process is best described bythe Langmuir isotherm. The adsorption mechanism of CIP for the investigated adsorbentsincludes ion exchange reaction and electrostatic attraction between the negatively chargedaluminosilicate lattice of the adsorbent and CIP-cations.Modification of CLI with mixed iron oxides (12 wt.%) conferred magnetic properties tothe adsorbents, enabling their separation from the liquid phase by an external magneticfield. Also, the presence of graphene oxide on the surface contributed to an increase inthe specific surface area and adsorption capacity.For the adsorbents’ regeneration, a novel method of non-thermal plasma (NTP) wasapplied. In this work, NTP was tested for the first time to remove organic species fromthe surface of minerals. Various reactive gas species formed during NTP treatmentcontributed to the mineralization of adsorbed CIP. The results showed that in fiveconsecutive adsorption/regeneration cycles, more than 90% of the adsorption capacitywas preserved.

Opis (srp)

Technological Engineering - Environmental Engineering / Tehnološko inženjerstvo - Inženjerstvo zaštite životne sredine Datum odbrane: 27.09.2023.

Jezik

srpski

Datum

2023

Licenca

© All rights reserved

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Zagađenost voda

natural zeolite, clinoptilolite, magnetic nanoparticles, graphene oxide, ciprofloxacin, adsorbent regeneration, non-thermal plasma

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Zagađenost voda

prirodni zeolit, klinoptilolit, magnetne nanočestice, grafen-oksid, ciprofloksacin, regeneracija adsorbensa, netermalna plazma