Naslov (eng)

Optimization of the adsorption process of pollutants from aqueous solutions using Pontederia crassipes biomass: doctoral dissertation : doctoral dissertation

Autor

Mohammad, Ahmad Hakky, 1959-

Doprinosi

Kijevčanin, Mirjana, 1970-
Ivaniš, Gorica, 1986-
Kaluđerović-Radoičić, Tatjana, 1970-
Radović, Ivona, 1974-
Lopičić, Zorica, 1977-

Opis (srp)

The object of the present doctoral dissertation was to perform a detailed fundamental study of waterhyacinth utilization as a precursor material for activated carbons synthesis and their application in theprocess of the removal of pesticide glyphosate and pharmaceutic metformin. The activated carbonswere synthesized by the process of chemical activation of raw water hyacinth, by ZnCl2 and H3PO4prior to controlled carbonization. The dissertation investigated the effect of various impregnationweight mass ratios of ZnCl2 or H3PO4 and dry water hyacinth (0.5 – 3.0)(wt/wt), as well as differentcarbonization temperatures in the range from 400 ⁰C – 800 ⁰C. The study summarized the impact ofthe impregnation ratio and carbonization temperatures on the textural properties of the activatedcarbons, i.e. specific surface area and pore volumes. The highest values of the SBET were obtained foractivated carbons synthesized under optimal conditions of impregnation ratio and carbonizationtemperature. The sample impregnated in ratio 2.0 wt/wt in the presence of the ZnCl2 and at acarbonization temperature of 500 ⁰C (2.0ZC500) showed SBET of 1314 m2g-1 and 78% of its porositybelonging to the mesopores. Activated carbon obtained by impregnation of raw water hyacinth byH3PO4 using the impregnation ratio of 1.5 and a carbonization temperature of 600 ⁰C (1.5PC600)showed the highest values of the specific surface area of 1421 m2g-1 with 60.2% of porosity in thearea of mesopore, with a certain amount of micropore. The selected samples were characterized indetail by elemental analysis, adsorption–desorption physisorption of nitrogen at −196 ⁰C, by FTIRspectroscopy, SEM analysis, and point of zero charge (pHPZC).Detail adsorption study of glyphosate and metformin was performed on samples 2.0ZC500 and1.5PC600 in order to test the adsorption properties of activated carbons and their potential ability to beused in real systems for wastewater treatment. The effect of the adsorbent mass (concentration),adsorbate (pollutant) initial concentration, pH of initial adsorbate solution, and temperature wereinvestigated. Appropriate isotherms, kinetics, and thermodynamics models were applied toadsorption data to describe the adsorption processes. It was found that 2.0ZC500 and 1.5PC600 showedan adsorption capacity of 146.05 mg g-1 and 122.47 mg g-1 toward metformin, respectively, whilemaximal adsorption capacities of 2.0ZC500 and 1.5PC600 toward glyphosate were 240.80 mg g-1 and246.91 mg g-1, respectively. The Langmuir isotherm model described well adsorption metformin onboth adsorbents. However, the adsorption of glyphosate on 1.5PC600 was also fitted with theLangmuir isotherm model, while glyphosate adsorption on 2.0ZC500 was better fitted with theRedlich-Peterson model. All the investigated adsorption systems followed the pattern of the pseudo-second-order kinetic model. The thermodynamic study revealed that all investigated processes wereendothermic and spontaneous. The desorption and study of reusability confirmed that samples can besuccessfully recovered and reused in five consecutive cycles.Based on the presented results, water hyacinth can be turned from waste and dangerous material touseful starting material for the production of activated carbons, materials efficient in wastewater treatment.

Opis (srp)

-

Opis (eng)

Циљ ове докторске дисертације био је да се изврши детаљно испитивање коришћења биомасеPontederia crassipes као сировине за синтезу активног угља, као и њене примене у процесууклањања пестицида глифосата и метформина из фармацеутског отпада. Активни угаљ јесинтетисан процесом контролисане карбонизације биомасе Pontederia crassipes, којој јепретходила њена хемијска активација помоћу ZnCl2 и H3PO4. У дисертацији је испитиванутицај различитих односа импрегнације ZnCl2 или H3PO4 и суве биомасе (0,5 – 3,0 мас/мас),као и различитих температура карбонизације у опсегу од 400 – 800 ⁰C. Током истраживањаиспитиван је утицај односа импрегнације и температуре карбонизације на текстурна својстваактивног угља, односно специфичну површину и запремине пора. Највеће вредности SBETдобијене су за активни угаљ синтетизован у оптималним условима односа импрегнације итемпературе карбонизације. Узорак импрегниран у односу 2,0 мас/мас у присуству ZnCl2 и натемператури карбонизације од 500 ⁰C (2.0ZC500) показао је SBET од 1314m2g-1 и 78% његовепорозности припада мезопорама. Активни угаљ добијен импрегнацијом сирове биомасеPontederia crassipes са H3PO4 применом односа импрегнације 1,5 мас/мас и температурекарбонизације од 600 ⁰C (1.5PC600) показао је највеће вредности специфичне површине од1421m2g-1 са 60,2% порозности у области мезопора и са одређеном количином микропора.Одабрани узорци су детаљно окарактерисани елементарном анализом, фиизичком адсорпциом/ десорпциом азота на −196 ⁰C, FTIR спектроскопијом, SEM анализом и тачком нултогнаелектрисања (pHPZC).Детаљна анализа адсорпције глифосата и метформина урађена је на узорцима 2.0ZC500 и1.5PC600 у циљу испитивања адсорпционих својстава активног угља и могућности његовеупотребе у реалним системима за пречишћавање отпадних вода. Испитиван је утицај масе(концентрације) адсорбента, почетне концентрације адсорбата (загађивача), pH почетнограствора адсорбата и температуре. Одговарајући модели изотерми, кинетике и термодинамикепримењени су на податке о адсорпцији да би се описали процеси адсорпције. Утврђено је дасу 2.0ZC500 и 1.5PC600 показали адсорпциони капацитет од 146,05 mgg-1 и 122,47 mgg-1 премаметформину, док је максимални адсорпциони капацитет 2.0ZC500 и 1.5PC600 према глифосатубио 240,80 mgg-1, односно 246,91 mgg-1. Модел Лангмуирове изотерме је добро описаоадсорпцију метформина на оба адсорбента. С друге стране, адсорпција глифосата на 1.5PC600је, такође, била описана моделом Лангмуирове изотерме, док је за адсорпцији глифосата на2.0ZC500 Редлих-Петерсонов модел дао боље слагање. Сви испитивани адсорпциони системису пратили образац кинетичког модела псеудодругог реда. Термодинамичка анализа јепоказала да су сви испитивани процеси ендотермни и спонтани. Испитивање десорпција ипоновне употребе адсорбента потврдили су да се испитивани узорци могу успешно повратитии поново употребити у пет узастопних циклуса адсорпције / десорпције.На основу приказаних резултата, биомаса Pontederia crassipes се може претворити од отпадаи опасног материјала у користан полазни материјал за производњу активног угља, материјалаефикасног у третману отпадних вода.

Jezik

srpski

Datum

2023

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Primenjena biotehnologija

pontederia crassipes biomass; activated carbons synthesis; pyrolysis; pesticide removal; adsorption; thermodynamic modeling.

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Primenjena biotehnologija

биомасa Pontederia crassipes; синтеза активног угља; пиролиза; уклањање пестицида; адсорпција; термодинамичко моделовање.