Kompozyty chitozanowo-zeolitowe otrzymywane na bazie popiołów lotnych do usuwania metali ciężkich

• Autorzy: Kołodyńska D. , Franus W.

Warianty tytułu

EN

Chitosan-zeolite composites obtained from fly ashes for heavy metal ions removal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Adsorpcja to jedna z najskuteczniejszych metod stosowanych do usuwania substancji toksycznych z roztworów wodnych. Skuteczność tej metody uzależniona jest od doboru i ilości odpowiedniego sorbentu. W ostatnim czasie obserwuje się wzrost zainteresowania usuwaniem szkodliwych i toksycznych związków od wód powierzchniowych i ścieków za pomocą tak zwanych sorbentów naturalnych. Wykazano m.in. dużą skuteczność usuwania fosforanów, jonów metali ciężkich, fluorków, boru ze ścieków za pomocą popiołów lotnych. Ponadto, w wielu pracach opisano wykorzystanie tego typu materiałów w usuwaniu barwników, fenoli, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i innych związków organicznych. Popioły lotne powstają w procesie spalania węgla. Roczna produkcja popiołów lotnych utrzymuje się na poziomie 5,5 • 10 8 Mg, przy czym największymi producentami popiołów lotnych są Chiny, USA i Indie. W Polsce w 2013 roku wytworzono 4,5 • 10 6 Mg popiołów lotnych z czego 87% zostało wykorzystane. Stwarza to ogromne problemy środowiskowe. Skład chemiczny i mineralogiczny jak również właściwości popiołów lotnych uzależnione są od pochodzenia, wartości kalorycznej węgla, a także innych parametrów, takich jak zawartość wody, rozmiar ziaren, stopień amorficzności itp. Popioły lotne mogą być stosowane w wielu dziedzinach, między innymi dodawane są do cementu i betonu. Ze względu na obecność mikro- i makroelementów stosuje się je w rolnictwie. Po procesie modyfikacji, m.in. za pomocą wysokiej temperatury, mielenia, działania kwasów czy dodatku chitozanu mogą być stosowane jako efektywne sorbenty substancji szkodliwych i toksycznych z wód i ścieków.

EN

Adsorption is one of the most effective methods used to removal of toxic substances from aqueous solutions. The effectiveness of this method depends on the selection and amounts of the corresponding sorbent. Recently there has been observed growth of interest in removal of harmful and toxic compounds from surface waters and wastewaters by means of so called natural sorbents. Among others good efficiency of removal of phosphates, heavy metal ions fluorides, boron from wastewaters was proved by means of fly ash. Moreover, it is useful in removal of dyes, phenols, polycyclic aromatic hydrocarbons and other organic compounds as discussed in nu- merous papers. Fly ash is formed as a by-product in coal combustion. The yearly fly ash production is estimated to be 5.5 • 10 8 Mg, however, the largest amounts are produced in China, the USA and India. In Poland in 2013 there was created 4.5 • 10 6 Mg of fly ash, of which 87% was subjected to recovery. This enormous amount of industrial wastes can be a serious environmental problem. Chemical and mineralogical compositions as well as physicochemical properties of fly ash depend on geochemical origin and calorific capacity as well as water content, particle size, degree of amorphicity etc. Fly ashes can be used in many fields, among others, they are added to cement and concrete. Due to the presence of micro- and macroelements they are applied in agriculture. After modification using high temperature, grinding, acid activation or chitosan they can be applied as an effective sorbents of different pollutants from waters and wastewaters.

Słowa kluczowe

PL

jony metali ciężkich; zeolity; chitozan

EN

heavy metal ions; zeolites; chitosan

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 95
• Strony: 145--155
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz.

Twórcy

autor

Kołodyńska D.

• Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin

autor

Franus W.

• Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska, Lublin

Bibliografia

• [1] Ahmaruzzaman, M. 2010. A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science 36, s. 327–363.
• [2] Anielak, A.M. 2006. The physicochemical properties of manganese dioxide-modified clinoptylolite. Przemysł Chemiczny 85, s. 487–491.
• [3] Babel, S. i Kurniawan, T.A. 2003. Low-cost adsorbents for heavy metals uptake fromcontaminated water: a review. Journal of Hazardous Materials 97, s. 219–243.
• [4] Bajda, T. i Kłapyta, Z. 2013. Adsorption of chromate from aqueous solutions by HDTMA-modified clinoptilolite, glauconite and montmorillonite. Applied Clay Science 86, s. 169–173.
• [5] Chen i in. 2008 – Chen, A.H., Liu, S.Ch., Chen, Ch.Y. i Chen, Ch.Y. 2008. Comaprative adsorption of Cu(II), Zn(II), and Pb(II) ion in aqueous solution on the crosslinked chitosan with epichlorohydrin. Journal of Hazardous Materials 154, s. 184–191.
• [6] Chen i in. 2010 – Chen, S.H., Yue, Q.Y., Gao, B.Y. i Xu, X. 2010. Equilibrium and kinetic adsorption study of the adsorptive removal of Cr(VI) using modified wheat residue. Journal of Colloid and Interface Science 349, s. 256–264.
• [7] Chen, X. i Sun, H. 2009. Dyeing and printing wastewater treatment using fly-ash coated with chitosan. Chinese Journal of Oceanology and Limnology 27, s. 875–888.
• [8] Copello i in. 2008 – Copello, GJ., Varela, F., Vivot, R.M. i Díaz, L.E. 2008. Immobilized chitosan as biosorbent for the removal of Cd(II), Cr(III) and Cr(VI) from aqueous solutions. Bioresource Technology 99, s. 6538–6544.
• [9] Crini, G. i Badot, P.M., 2008. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Progress in Polymer Science 33, s. 399–447.
• [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 83, s. 232–241.
• [11] De Mello Ferreira Guimarães i in. 2009 – De Mello Ferreira Guimarães, A., Sampaio, V., Ciminelli, T. i Vasconcelos, W.L. 2009. Smectite organofunctionalized with thiol groups for adsorption of heavy metal ions. Applied Clay Science 42, s. 410–414.
• [12] Gandhi i in. 2010 – Gandhi, M.R., Viswanathan, N. i Meenakshi, S. 2010. Preparation and application of alumina//chitosan biocomposite. International Journal of Biological Macromolecules 47, s. 146–154.
• [13] Gandhi, N. i Laidler, J.K. 2002. Preparation of glucosamine hydrochloride from chitin, Patent US 6486307,6.
• [14] Guibal, E. 2004. Interactions of metal ions with chitosan-based sorbents: a review. Separation and Purification Technology 38, s. 43–74.
• [15] Guo i in. 2002 – Guo, Y., Qi, J., Yang, S., Yu, K., Wang, Z. i Xu, H. 2002. Adsorption of Cr(VI) on micro- and mesoporous rice husk-based active carbon. Materials Chemistry and Physics 78, s. 132–137.
• [16] Hubicki i in. 2008 – Hubicki, Z., Jakowicz, A. i Łodyga, A., 1999. Application of the ions from waters and sewages [W:] A. Dąbrowski (ed.) Adsorption and its applications in industry and environmental protection. Studies in surface science and catalysis. Elsevier, Amsterdam, New York.
• [17] Inoue i in. 2008 – Inoue, K., Yoshizuka, K. i Ohto, K. 1999. Adsorptive separation of some metal ions by complexing agent types of chemically modified chitosan. Analitica Chimica Acta 388, s. 209–218.
• [18] Jędrzejczyk, T. i Nowicki, T. 2008. Otrzymywanie chlorowodorku d-glukozaminy i d-glukozaminy z chitozanu. Food Chemistry and Biotechnology 1029, s. 99–103.
• [19] Kaleta i in. 2007 – Kaleta, J., Papciak, D. i Puszkarewicz, A. 2007. Klinoptylolity i diatomity w aspekcie przydatności w uzdatnianiu wody i oczyszczaniu ścieków. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 23, s. 21–32.
• [20] Kołodyńska, D. 2011. Chitozan modyfikowany czynnikiem kompleksującym nowej generacji jako alternatywny sorbent w procesie usuwania jonów metali ciężkich. Przemysł Chemiczny 90, s. 452–458.
• [21] Kratochvil, D. i Volesky, B. 1998. Advances in biosorption of heavy metals. Trends in Biotechnology 16, s. 291–300.
• [22] Kyzioł-Komosińska i in. 2008 – Kyzioł-Komosińska, J., Rosik-Dulewska, C. i Kocela, A. 2008. Właściwości sorpcyjne iłów neogeńskich i możliwości ich wykorzystanie do usuwania jonów metali ciężkich ze ścieków, 85, s. 501–505.
• [23] Li i in. 2008 – Li C.B., Hein, S. i Wang, K. 2008. Biosorption of chitin and chitosan. Materials Science and Technology 24, s. 1088–1099.
• [24] Lv i in. 2009 – Lv K.L., Du Y.L., Wang C.M., 2009. Synthesis of carboxylated chitosan and its adsorption properties for cadmium (II), lead (II) and copper (II) from aqueous solutions. Water Science and Technology 60, s. 467–474.
• [25] Martynik, H. i Więckowska, J. 2003. Sorbenty miedziowe, manganowe i miedziowo-manganowe do odsiarczania gorących gazów odlotowych. Przemysł Chemiczny 82, s. 1491–1494.
• [26] Michel, M.M. i Kiedryńska, L. 2012. Usuwanie manganu(II) na chalcedonicie modyfikowanym tlenkiem manganu(IV). Przemysł Chemiczny 91, s. 1416–1419.
• [27] Mucha i in. 2003 – Mucha, M., Miśkiewicz, D. i Pawlak, A. 2003. Chitozan i jego mieszaniny. Właściwości i zastosowanie. Przemysł Chemiczny 2, s. 1138–1142.
• [28] Mercier, L. i Detellier, Ch. 1996. Preparation, characterization and applications as heavy metals sorbents of covalently grafted thiol functionalities on the interlamellar surface of montmorillonite. Environmental Science and Technology 29, s. 1318–1323.
• [29] Pagacz, J. i Pielichowski, K. 2007. Modyfikacja krzemianów warstwowych do zastosowań w nanotechnologii. Czasopismo Techniczne 7, s. 133–147.
• [30] Piaskowski, K. i Anielak, A. 2000. Zeolity naturalne i ich zastosowanie w oczyszczaniu wody i ścieków. Ekologia i technika 8, s. 31–41.
• [31] Pitcher i in. 2007 – Pitcher, S.K., Slade, R.C.T. i Ward, N.I. 2004. Heavy metal removal from motorway storm water using zeolites. Science and Total Environment , s. 161–166.
• [32] Saitoh i in. 2007 – Saitoh, T., Sugiura, Y., Asano, K. i Hiraide, M. 2009. Chitosan-conjugated thermo-responsive polymer for the rapid removal of phenol in water. Reactive and Functional Polymers 69, s. 792–796.
• [33] Sarbak, Z. i Kramer-Wachowiak, M. 2012. Wykorzystanie popiołów lotnych jako adsorbentów metali ciężkich. Przemysł Chemiczny 91, s. 189–192.
• [34] Sicupira i in. 2009 – Sicupira D., Campos K., Vincent T., Leao V.A., Guibal E., 2009. Chitosan-based hydrogels for the recovery of precious metals. Advanced Material Research 71–73, s. 733–736.
• [35] Sprynskyy i in. 2007 – Sprynskyy, M., Kosobucki, P., Kowalkowski, T. i Buszewski, B. 2007. Influence of clinoptilolite rock on chemical speciation of selected heavy metals in sewage sludge. Journal of Hazardous Materials 149, s. 310–316.
• [36] Struszczyk, H. i Allan, G.G. 1986. Sposób otrzymywania chitozanu o rozbudowanej powierzchni wewnętrznej. Patent PL125995.
• [37] Struszczyk, M.H. 2002. Chitin and Chitosan Part I. Properties and Production. Polimery 47, s. 316–323.
• [38] Struszczyk, M.H. 2002. Chitin and chitosan. Part II. Applications of chitosan. Polimery 6, s. 396–403.
• [39] Wen i in. 2011 – Wen, Y., Tanga, Z., Chen, Y. i Gu, Y. 2011. Adsorption of Cr(VI) from aqueous solutions using chitosan-coated fly ash composite as biosorbent. Chemical Engineering Journal 175, s. 110–116.
• [40] Wyszomirski, P. i Lewicka, E. 2005. Bentonity jako uniwersalny surowiec wielu dziedzin przemysłu. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 21, s. 5–19.
• [41] Xie i in. 2014 – Xie, J., Wang, Z., Wu, D.Y. i Kong, H.N. 2014. Synthesis and properties of zeolite/hydrated iron oxide composite from coal fly ash as efficient adsorbent to simultaneously retain cationic and anionic pollutants from water. Fuel 116, s. 71–76.

Uwagi

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