Możliwości wykorzystania procesu wymiany jonowej na sorbentach do oczyszczania wodnych roztworów z jonów metali toksycznych

• Autorzy: Bożęcka A. , Orlof-Naturalna M. , Sanak-Rydlewska S.

Warianty tytułu

EN

The possibilities of using the ion exchange process of on sorbents for the purification of aqueous solutions from toxic metal ions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Roztwory odpadowe zawierające m.in. jony metali Pb, Cd i Cu i in. powstają w przemyśle elektrochemicznej obróbki metali, w przemyśle przeróbki rud metali nieżelaznych, a także mogą być składnikiem odcieków ze składowisk odpadów po przeróbce rud. Toksyczność jonowych form wymienionych metali jest znaczna, dlatego w pracy skupiono się na badaniu sposobów obniżenia ich koncentracji w roztworach wodnych. W artykule podano wyniki dotyczące usuwania jonów Pb2+ , Cd2+ i Cu2+ z modelowych roztworów wodnych za pomocą wybranych jonitów syntetycznych firmy Purolite (C160, S920) oraz sorbentu naturalnego (łuszczyny słonecznika). W przypadku jonitów największe wartości współczynnika wydzielania osiągnięto dla jonów Pb 2+ na jonicie C160. Jego maksymalna wartość wyniosła 99,9%. Łuszczyny słonecznika są równie skuteczne w usuwaniu jonów Pb2+ . Współczynnik wydzielania tych jonów za pomocą słonecznika osiągnął maksymalną wartość równą 96,3%. Wyniki badań zinterpretowano opierając się na modelu adsorpcji Langmuira. Badane jonity charakteryzują się największymi zdolnościami sorpcyjnymi w stosunku do jonów miedzi (wartość parametru q max wyniosła około 468,4 mg/g dla jonitu C160 i 412,9 mg/g dla jonitu S920). Największą wartość powinowactwa (wartość współczynnika b) osiągnięto dla jonitu C160 i jonów ołowiu (ok. 1,44 dm3 /mg). Z otrzymanych danych wynika, że jonity C160 i S920 oraz łuszczyny słonecznika są skutecznymi wymieniaczami badanych jonów metali dwuwartościowych. Zaletą zastosowanej metody jest możliwość regeneracji użytych wymieniaczy i ponownego ich zastosowania oraz odzysku badanych jonów metali z zatężonych eluatów. Łuszczyny słonecznika są materiałem konkurencyjnym dla badanych żywic syntetycznych, ponieważ są tanie i ogólnodostępne. Dodatkowo istnieje możliwość zwiększania ich zdolności sorpcyjnych poprzez modyfikację powierzchni.

EN

Waste solutions containing, among others: Pb, Cu, Cd and other metal ions are generated by the industry of electrochemical metalworking, as well as by the processing of non-ferrous metal ores. They may also be a component of eluates from ore waste dumps. The toxicity of ionic forms of the abovementioned metals is substantial; therefore this paper focuses on investigating the methods of reducing their concentration in aqueous solutions. This paper reports on the removal results of Pb2+ , Cd2+ and Cu2+ ions from model aqueous solutions using seected artificial ion exchangers (ionites) by the Purolite company (C160, S920) as well as a natural sorbent (sun- flower hulls). The highest values of the emission coefficient were achieved for Pb2+ ions on C160 ion exchange resin (ionite). The maximum value amounted to 99.9%. Sunflower hulls are equally effective in removing Pb2+ ions. The emission coefficient of these ions by using sunflower hulls achieved a maximum value equal to 96.3%. The research results were interpreted according to the Langmuir adsorption model. The studied ion exchange resins have a major sorption capacity towards the copper ions (the value of the parameter q max was 468.42 mg/g for C160 ion exchange resin and 412.9 mg/g for S920 ion exchange resin). The highest affinity (the value of coefficient b) was achieved for C160 ion exchange resin and for the lead ions (about 1,44 dm3 /mg). The obtained results show that the C160 and S920 ion exchanger as well as sunflower hulls are efficient exchangers of studied divalent metal ions. The possibility of regenerating used exchangers and to reuse them as well as salvage the studied metal ions from tightened eluates are unquestioned advantages of the used method. Sunflower hulls constitute a competitive material for the studied synthetic resins, mainly because they are inexpensive and easily obtainable. Additionally, there is a possibility to increase their sorption capabilities by surface modification.

Słowa kluczowe

PL

wymiana jonowa; sorpcja; jony: miedzi, ołowiu, kadmu; sorbenty naturalne i sztuczne

EN

ion exchange; sorption; ions: copper, lead, cadmium; natural and artificial sorbents

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 94
• Strony: 185--196
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bożęcka A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Orlof-Naturalna M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Sanak-Rydlewska S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Alvarez i in. 2007 - Alvarez, M.T., Crespo, C. i Mattiasson, B. 2007. Precipitation of Zn(II), Cu(II) and Pb(II) at bench-scale using biogenic hydrogen sulphide from the utilization of volatile fatty acids. Chemosphere 66, s. 1677−1683.
• [2] Anielak, A.M. 2000. Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 336 s.
• [3] Apiratikul, R. i Pavasant, P. 2008. Batch and column studies of biosorption of heavy metals by Caulerpa lentillifera. Bioresource Technology 99, s. 2766–2777.
• [4] Bansal, R.Ch. i Goyal, M. 2009. Adsorpcja na węglu aktywnym. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 480 s.
• [5] Beauvais, R.A. i Alexandratos, S.D. 1998. Polymer supported-reagents for the selective complexation of metal ions: an overview. Reactive Functional Polymers 36(2), s. 113–123.
• [6] Bożęcka, A. 2013. Usuwanie jonów metali toksycznych z roztworów wodnych za pomocą odpadów organicznych. Praca doktorska. Kraków: AGH, 194 s.
• [7] Blázquez i in. 2011 - Blázquez, G., Martín-Lara, M.A., Tenorio, G. i Calero, M. 2011. Batch biosorption of lead(II) from aqueous solutions by olive tree pruning waste: Equilibrium, kinetics and thermodynamic study. Chemical Engineering Journal 168, s. 170–177.
• [8] Charerntanyarak, L. 1999. Heavy metals removal by chemical coagulation and precipitation. Water Science and Technology 39, s. 135−138.
• [9] Chen i in. 2009 - Chen, Q.Y., Luo, Z., Hills, C., Xue, G. i Tyrer, M. 2009. Precipitation of heavy metals from wastewater using simulated flue gas: sequent additions of fly ash, lime and carbon dioxide. Water Research 43, s. 2605−2614.
• [10] Dąbrowski i in. 2006 - Dąbrowski, A., Hubicki, Z., Podkościelny, P. i Barczak, M. 2006. Selektywne usuwanie jonów metali ciężkich z wód oraz ścieków przemysłowych poprzez wymianę jonową. Przemysł Chemiczny 3, s. 232–241.
• [11] Diamond Shamrock Co. 1980. Duolite CS-346 Technical Sheet, Cleveland, OH.
• [12] Farinella i in. 2007 - Farinella, N.V., Matos, G.D. i Arruda, M.A.Z. 2007. Grape bagasse as a potential biosorbent of metals in effluent treatments. Bioresource Technology 98, s. 1940–1946.
• [13] Ferreira i in. 1998 - Ferreira, L.M., Loureiro, J.M. i Rodrigues, A.E. 1998. Sorption of metals by an amidoxime chelating resin. Part I: Equilibrium. Separation Science and Technology 33 (2), s. 1585–1604.
• [14] Floriańczyk, Z. i Penczek, S. 1998. Chemia polimerów. T. III. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 254 s.
• [15] Gupta i in. 2009 - Gupta, S., Kumar, D. i Gaur, J.P. 2009. Kinetic and isotherm modeling of lead(II) sorption onto some waste plant materials. Chemical Engineering Journal 148, s. 226–233.
• [16] Han i in. 2005 - Han, R., Zhang, J., Zou, W., Shi, J. i Liu, H. 2005. Equilibrium biosorption isotherm for lead ion on chaff. Journal of Hazardous Materials 125, s. 266–271.
• [17] Koeckemoer, L.R. 2000. Use of Supported Liquid Membranes for Sulfate Extraction from Acidic Wastewaters. Separation Science Technology 35 (8), s. 1233–1245.
• [18] Kolarz i in. 1994 - Kolarz, B.N., Jezierska, J., Bartkowiak, D. i Gontarczyk, A. 1994. Acrylic resins with complexes of guanidyl groups and copper(II). Reactive Polymers 23, s. 53–61.
• [19] Kurniawan i in. 2006 - Kurniawan, T.A., Chan, G.Y.S., Wai-Hung, L. i Sandhya, B. 2006. Physico-chemical treatment techniques for wastewater laden with heavy metals. Chemical Engineering Journal 118, s. 83−98.
• [20] María i in. 2006 - María, M., Núria, M., Soraya, H., Núria, F., Isabel, V. i Jordi, P. 2006. Removal of lead(II) and cadmium(II) from aqueous solutions using grape stalk waste. Journal of Hazardous Materials 133, s. 203–211.
• [21] Meena i in. 2008 - Meena, A.K., Kadirvelu, K., Mishraa, G. K., Rajagopal, C. i Nagar, P. N. 2008. Adsorption of Pb(II) and Cd(II) metal ions from aqueous solutions by mustard husk. Journal of Hazardous Materials 150, s. 619–625.
• [22] Minczewski i in. 1987 - Minczewski, J., Chwastowska, J. i Dybczyński, R. 1987. Analiza śladowa. Warszawa: WNT, 567 s.
• [23] Monser, L. i Adhoum, N. 2002. Modified activated carbon for the removal of copper, zinc, chromium, and cyanide from wastewater. Separation and Purification Technology 26, s. 137−146.
• [24] Narębska, A. red. 1997. Membrany i membranowe techniki rozdziału. Toruń: Wydawnictwo UKM, 466 s.
• [25] Naushad, M. 2009. Inorganic and Composite Ion Exchange Materials and their Applications. Ion Exchange Letters 2, s. 1–14.
• [26] Panda i in. 2006 - Panda, G.C., Das, S.K., Chatterjee, S., Maity, P.B., Bandopadhyay, T.S. i Guha, A.K. 2006. Adsorption of cadmium on husk of lathyrus sativus: physic-chemical study. Colloids and Surfaces B: Bio-interfaces 50, s. 49–54.
• [27] Pawłowski, L. i Hefty, J. 1978. Metody jonitowe w uzdatnianiu wody i oczyszczaniu ścieków. [W:] Machalski, A. red. Wodociągi i kanalizacja (Nowa Technika w Inżynierii Sanitarne; 9). Warszawa: Arkady, 330 s.
• [28] Pavasant i in. 2006 - Pavasant, P., Apiratikul, R., Sungkhum, V., Suthiparinyanont, P., Wattanachira, S. i Marhaba, T.F. 2006. Biosorption of Cu2+, Cd2+, Pb2+, and Zn2+ using dried marine green macroalga Caulerpa lentillifera. Bioresource Technology 97, s. 2321–2329.
• [29] Rozporządzenie MŚ 2014. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. 2014 poz. 1800).
• [30] Rozporządzenie MZ 2015. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13.11.2015 w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. 2015 poz. 1989).
• [31] Qaiser i in. 2009 - Qaiser, S., Saleemi, A.R. i Umar, M. 2009. Biosorption of lead from aqueous solution by Ficus religiosa leaves: Batch and column study. Journal of Hazardous Materials 166, s. 998–1005.
• [32] Qi, B.C. i Aldrich, C. 2008. Biosorption of heavy metals from aqueous solution with tobacco dust. Bioresource Technology 99, s. 5595–5601.
• [33] Saeed i in. 2009 - Saeed, A., Iqbal, M. i Höll, W.H. 2009. Kinetics, equilibrium and mechanism of Cd2+ removal from aqueous solution by mungbean husk. Journal of Hazardous Materials 168, s. 1467–1475.
• [34] Sanak-Rydlewska, S. i Zięba, D. 2000. Application of Non-Exchange and Extraction Methods for Removing Metal Ions from Waste Water. 5-th International Conference on Environmental and Mineral Processing. Ostrava, 22–24 czerwca 2000, s. 855–861.
• [35] Sanak-Rydlewska, S. 2007. Eliminacja jonów ołowiu za pomocą sorbentów naturalnych. Międzynarodowa Konferencja nt.: Zarządzania środowiskiem w aspekcie zrównoważonego rozwoju terenów uprzemysłowionych, Szczyrk, 20–22 marca 2007, s. 115–25.
• [36] Sulaymon i in. 2009 - Sulaymon, A., Abid, B. A. i Al-Najar, J. A. 2009. Removal of lead copper chromium and cobalt ions onto granular activated carbon in batch and fixed-bed adsorbers. Chemical Engineering Journal 155, s. 647−653.
• [37] Sari, A. i Tuzen, M. 2008. Biosorption of Pb(II) and Cd(II) from aqueous solution using green alga (Ulva lactuca) biomass. Journal of Hazardous Materials 152, s. 302–308.
• [38] Szymanowski, J. 1990. Ekstrakcja miedzi hyroksyoksymami. Wyd. 1, Warszawa – Poznań: Wydawnictwo Naukowe PWN, 304 s.
• [39] Szymanowski, J. 1994. Procesy technologiczne ekstrakcji metali. Rudy i Metale Nieżelazne 6, s. 147–151.
• [40] Tajar i in. 2009 - Tajar, A. F., Kaghazchi, T. i Soleimani, M. 2009. Adsorption of cadmium from aqueous on sulfurized activated carbon prepared from nut shells. Journal of Hazardous Materials 165, s. 1159–1164.
• [41] Tünay, O. i Kabdasli, N.I. 1994. Hydroxide precipitation of complexed metals. Water Research 28(10), s. 2117−2124.
• [42] Uluozlu i in. 2008 - Uluozlu, O. D., Sari, A., Tuzen, M. i Soylak, M. 2008. Biosorption of Pb(II) and Cr(III) from aqueous solution by lichen (Parmelina tiliaceae) biomass. Bioresource Technology 99, s. 2972–2980.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.