Zastosowanie membran z poliakrylonitrylu domieszkowanego tlenkiem grafenu do oczyszczania ścieków przemysłowych powstających podczas obróbki metali

Turek, T.; Fryczkowska, B.; Przywara, L.

doi:10.12912/23920629/74962

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie membran z poliakrylonitrylu domieszkowanego tlenkiem grafenu do oczyszczania ścieków przemysłowych powstających podczas obróbki metali

Autorzy

Turek T. , Fryczkowska B. , Przywara L.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

turek_fryczkowska_zastosowanie_membran_4_2017.pdf

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/74962

Warianty tytułu

Application of membranes from polyacrylonitrite doped with graphen oxide in purification of industrial wastewater generated during processing of metals

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy zaprezentowano wyniki badań nad zastosowaniem membran kompozytowych z poliakrylonitrylu (PAN) domieszkowanego tlenkiem grafenu (GO) do usuwania zanieczyszczeń ze ścieków pogalwanicznych. Membrany otrzymywano metodą inwersji faz z roztworu PAN i GO w N,N-dimetyloformamidzie (DMF). Pozyskane ścieki wstępnie podczyszczano za pomocą flokulanta Magnafloc®336. Następnie w celi ultrafiltracyjnej AMICON prowadzono ultrafiltrację podczyszczonych ścieków, na wytworzonych wcześniej membranach kompozytowych PAN/GO. Badania właściwości fizykochemicznych oraz składu roztworów przed i po procesach zintegrowanego oczyszczania prowdzono za pomocą spektrofotometru UV-Vis oraz atomowej spektrometrii absorpcyjnej (ASA). W wyniku prowadzonej flokulacji ze ścieków zostały usunięte fosforany (97%), chlorki (5,2%), siarczany (5,9%) oraz żelazo (82%). Natomiast w trakcie ultrafiltracji całkowicie usunięto aniony fosforanowe (100%) oraz żelazo (91÷92%), cynk (68÷84%), ołów (65–98%) i kadm (~67%).

The paper presents the results of research on the use of composite membranes of polyacrylonitrile (PAN) doped with graphene oxide (GO) to remove the contaminations of galvanic wastewater. Membranes were obtained using phase inversion method from PAN and GO solution in N,N-dimethylformamide (DMF). Wastewater was pre-treated with the flocculant Magnafloc®336. Next, ultrafiltration of the treated wastewater was carried out in the ultrafiltration cell AMICON on the PAN/GO composite membranes prepared beforehand. The physicochemical properties and composition of solutions before and after the integrated purification process were analyzed by means of a UV-Vs spectrophotometer and atomic absorption spectrometry (AAS). As a result of flocculation from wastewater, phosphates (97%), chlorides (5,2%), sulfates (5,9%) and iron (82%) have been removed. In addition, as a result of ultrafiltration, a complete removal of phosphate anions (100%) and iron (~91–92%), zinc (68÷84%), lead (65–98%) and cadmium (~67%) was achieved.

Słowa kluczowe

ścieki galwanizerskie flokulacja ultrafiltracja membrany kompozytowe PAN/GO

galvanic wastewater flocculation ultrafiltration PAN/GO composite membranes

Wydawca

Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Inżynieria Ekologiczna

Rocznik

2017

Tom

Vol. 18, nr 4

Strony

54--64

Opis fizyczny

Bibliogr. 42 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Turek T.

bfryczkowska@ath.bielsko.pl

Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych, Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku- Białej, ul. Willowa 2, Bielsko-Biała

autor

Fryczkowska B.

Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych, Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku- Białej, ul. Willowa 2, Bielsko-Biała

autor

Przywara L.

Instytut Ochrony i Inżynierii Środowiska, Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, ul. Willowa 2, Bielsko-Biała

Bibliografia

1. Anielak A. M. 1998. Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, 275–289.
2. Arai J., Haraya K., Idemoto Y., Ikegami T., Kitamoto D., Koura N., Nagata M., Negishi H., Nouzaki K., Yanagishita H. 2002. Preparation of polyacrylonitrile ultrafiltration membranes for wastewater treatment. Desalination, 144, 53–59
3. Bartkiewicz B., Umiejewska K. 2010. Oczyszczanie ścieków przemysłowych. Wydawnictwo Naukowe PWN.
4. Bhadra M., Roy S., and Mitra S. 2016. Desalination across a graphene oxide membrane via direct contact membrane distillation. Desalination, 378, 37–43.
5. Bieliński J. 2002. Niektóre problemy i trendy współczesnej galwanotechniki. Biuletyn Galwanotechnika, 3(18), 4–5.
6. Bieliński J., Bielińska A. 2002: Nowe materiały i technologie galwanotechniki. Ochrona przed Korozją, 4, 91–93.
7. Bojanowska I., Śniegocka A., Ormińska M., Dembińska K., 2001. Oczyszczanie ścieków i zagospodarowanie odpadów stałych pochodzących z chemicznej obróbki powierzchni metali. Chemia i Inż. Ekol, 8, (2–3), 279–287.
8. Cao K. et al. 2014. Enhanced water permeation through sodium alginate membranes by incorporating graphene oxides. Journal of Membrane Science, 469, 272–283.
9. Das R., Ali M. E.,. Hamid S. B. A, Ramakrishna S., and Chowdhury Z. Z. 2014. Carbon nanotube membranes for water purification: A bright future in water desalination. Desalination, 336, 97–109.
10. Fryczkowska B. Przywara L., Turek T. 2017. Zastosowanie membran kompozytowych PAN/ PANI do oczyszczania ścieków przemysłowych powstających podczas obróbki metali. Inżynieria Ekologiczna, 18(2), 21–29.
11. Fryczkowska B., Sieradzka M., Sarna E., Fryczkowski R., and Janicki J. 2015. Influence of a graphene oxide additive and the conditions of membrane formation on the morphology and separative properties of poly(vinylidene fluoride) membranes. Journal of Applied Polymer Science, 132, 46
12. Goh K., Setiawan L., Wei L., Jiang W., Wang R., and Chen Y. 2013. Fabrication of novel functionalized multi-walled carbon nanotube immobilized hollow fiber membranes for enhanced performance in forward osmosis proces. Journal of Membrane Science, 446, 244–254.
13. Goh P. S. and Ismail A. F. 2015. Graphene-based nanomaterial: The state-of-the-art material for cutting edge desalination technology. Desalination, 356, 115–128.
14. Gorzka Z., Jóżwiak A. 1997. Zastosowanie metody wymiany jonowej do odzysku metali ciężkich z wód popłuczynowych i regeneracji kąpieli galwanizerskich. II Kongres Technologii Chemicznej, 1205–1209.
15. Grabas K., 2009. Usuwanie jonów metali ciężkich ze ścieków przemysłowych i wód nadosadowych ze stawu „Kowary” (powiat jeleniogórski). Ochrona Środowiska, 31(2), 49–54.
16. Han Y., Xu Z., and Gao C. 2013. Ultrathin graphene nanofiltration membrane for water purification. Advanced Functional Materials, 23(29), 3693–3700.
17. Hinds B. J., Chopra N., Rantell T., Andrews R., Gavalas V., and Bachas L. G. 2004. Aligned multiwalled carbon nanotube membranes. Science (New York, N.Y.), 303(5654), 62–65.
18. Hu M. and Mi B. 2014. Layer-by-layer assembly of graphene oxide membranes via electrostatic interaction. Journal of Membrane Science, 469, 80–87.
19. Huang S.-H, Lai J.-Y., Lee K.-R., Suen M.-C., Tsai H.-A., Ye Y.-L. 2011. Characterization and pervaporation dehydration of heat-treatment PAN hollow fiber membranes. J. Membr. Sci., 368, 254–263.
20. Hummers W. S. and Offeman R. E. 1958 Preparation of Graphitic Oxide. Journal of the American Chemical Society, 80(6), 1339–1339.
21. Hung W.-S. et al. 2014. Pressure-assisted self-assembly technique for fabricating composite membranes consisting of highly ordered selective laminate layers of amphiphilic graphene oxide. Carbon, 68, 670–677.
22. Iovleva M. M., Smirnova V. N., and Budnitskii G. A. 2001. The solubility of polyacrylonitrile. Fibre Chemistry, 33(4), 262–264.
23. Joshi R. K., Alwarappan S., Yoshimura M., Sahajwalla V., and Nishina Y. 2015. Graphene oxide: the new membrane material. Applied Materials Today, 1(1), 1–12.
24. Kim I.-C., Lee K.-H., Yun H.-G. 2002. Preparation of asymmetric polyacrylonitrile membrane with small pore size by phase inversion and post-treatment proces. J. Membr. Sci., 199, 75–84.
25. Kochanowski A., Witek E., Siniarska B., Bortel E.,2003. Utylizacja ścieków pogalwanicznych z zastosowaniem materiałów polimerowych i mineralnych. Przem. Chem, 82, 38–39.
26. Lach J., Okoniewska E., Ociepa E. 2011. Wpływ jonów metali ciężkich na adsorpcję Cr (VI) z roztworów wodnych na węglach aktywnych wg-12 i f-300. Nauka Przyroda Technika, 5, 4.
27. Lee S., Kim j., Ku B.-C., Kim J., and Joh H.-I. 2012. Structural Evolution of Polyacrylonitrile Fibers in Stabilization and Carbonization. Advances in Chemical Engineering and Science, vol. 2(2), 275–282.
28. Lohokare H., Bhole Y., Taralkar S., and Kharul U. 2011. Poly(acrylonitrile) based ultrafiltration membranes: Optimization of preparation parameters. Desalination, 282, 46–53.
29. Łomotowski J., Szpindor A. 2002. Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków, Arkady, Warszawa
30. Mahmoud K. A., Mansoor B., Mansour A., and Khraisheh M. 2015. Functional graphene nanosheets: The next generation membranes for water desalination. Desalination, 356,. 208–225.
31. Mori S., Suzuki M., Tran T. D. 2007. Plasma modification of polyacrylonitrile ultrafiltration membrane. Thin Solid Films, 515, 4148–4152.
32. Nair R. R., Wu H. A., Jayaram P. N., Grigorieva I. V., and Geim A. K. 2012. Unimpeded Permeation of Water Through Helium-Leak-Tight Graphene- Based Membranes. Science, 335(6067), 442–444.
33. Radomski P., Piatkowski M., Bogdał D. 2014. Zastosowanie chitozanu oraz jego modyfikowanych pochodnych do usuwania śladowych ilości metali ciężkich ze ścieków przemysłowych. Chemik, 68(1), 39.
34. Różańska A., Wiśniewski J. 2007. Ekonomiczne aspekty odzyskiwania kwasów i soli metali ze ścieków przemysłowych. Ochrona Środowiska, 2, 43–47.
35. Safarzyński S. 2002. Stan polskiej galwanotechniki. Poradnik Galwanotechnika, Rozdz.33, 765–775.
36. Sitko R., Zawisza B., and Malicka E. 2013. Graphene as a new sorbent in analytical chemistry. Trends in Analytical Chemistry, 51, 33–43.
37. Stefanowicz T. 1992. Otrzymywanie i odzysk metali oraz innych surowców ze ścieków i odpadów pogalwanicznych. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Poznańskiej, 10, 146–153, 166–177.
38. Wang P., Wang Z., and Wu Z. 2012. Insights into the effect of preparation variables on morphology and performance of polyacrylonitrile membranes using Plackett–Burman design experiments. Chemical Engineering Journal, 193–194, 50–58.
39. Wiśniewska G., Wiśniewski J. 1992. Odzysk metali ze ścieków galwanizerskich technikami membranowymi. Ochrona Środowiska, 1(45), 33–38.
40.Wypych G. 2012. Handbook of Polymers.
41. Zhang J. et al. 2017. Graphene oxide/polyacrylonitrile fiber hierarchical-structured membrane for ultra-fast microfiltration of oil-water emulsion. Chemical Engineering Journal, 307, 643–649.
42. Zhu J. et al. 2016. Highly porous polyacrylonitrile/ graphene oxide membrane separator exhibiting excellent anti-self-discharge feature for high-performance lithium–sulfur batteries. Carbon, 101, 272–280.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-b8bfdd57-9304-46d3-a85e-c58e1f140097