Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Manganese dioxide (MnO2) nanoparticles influence on the nitrification and anammox activity

Tomaszewski Mariusz, Gamoń Filip, Cema Grzegorz, Ziembińska-Buczyńska Aleksandra

Archives of Environmental Protection

|

2020

|

Vol. 46, no. 4

54--58

EN

The anammox (anaerobic ammonia oxidation) process is one of the most efficient processes of nitrogen removal from wastewater. Although there are some applications of anammox-based technologies, it is still difficult to apply this process widely because of the high optimal temperature around 30–40°C. Thus, the main objective of this study was to evaluate the short-term effects of MnO2 on the anammox and nitrification process activity at a wide range of temperatures between 10 and 30°C, using statistical methods based on the central composite design (CCD). The influence of MnO2 on anammox and nitrification activity, suspended biomass from the laboratory-scale sequencing batch reactor (SBR), and activated sludge from WWTP, respectively, was used. MnO2 concentration range was set between 15 and 85 mg/L, and the temperature range was set between 10 and 30°C. Anammox and nitrification process activity was measured based on the batch test and oxygen uptake rate (OUR), respectively. The results were statistically analyzed. Results revealed that nanoparticles can slightly improve anammox activity by several percent, by up to 10%, but in most cases MnO2 influence was insignificant. The optimal concentration for the anammox stimulation at temperatures below 20°C was evaluated between 40 and 60 mg/L, corresponding to 36 and 56 mg/g VSS. Manganese oxides contribution in the nitrogen removal processes was proved and they should be considered in the field of the anammox process. Thus, further studies are suggested to investigate the long-term effects of MnO2 on the low-temperature anammox process, overcoming possibility of inhibition.

PL

Proces anammox (beztlenowe utlenianie amoniaku) jest procesem efektywnego usuwania azotu ze ścieków. Pomimo, że istnieje wiele technologi wykorzystujących proces anammox, jego zastosowanie nadal jest ograniczone ze względu na wysoką optymalną temperaturę (około 30–40°C). W związku z tym, celem tej pracy była ocena krótkoterminowego wpływu MnO2 na aktywność procesów anammox i nitryfikacji w zakresie temperatur od 10 do 30°C, przy użyciu metod statystycznych. Do badań wykorzystano biomasę anammox pobraną z laboratoryjnego sekwencyjnego reaktora porcjowego oraz biomasę bakterii nitryfikacyjnych pochodzącą z komunalnej oczyszczalni ścieków. Badania prowadzono przy zastosowaniu stężeń MnO2 z zakresu od 15 do 85 mg/l oraz temperatur pomiędzy 10–30°C. Aktywność procesu anammox zbadano przy pomocy testów porcjowych, natomiast do zbadania aktywność procesu nitryfikacji wykorzystano pomiar szybkości zużycia tlenu. Wyniki wykazały, że nanocząstki MnO2 mogą poprawić aktywność procesu anammox o kilka procent (nawet o 10%). Optymalne stężenie MnO2 dla stymulacji procesu anammox w temperaturach poniżej 20°C wynosiło między 40 a 60 mg/l, co odpowiada 36 i 56 mg/g s.m.o. Niniejsze badania udowadniają, że dodatek MnO2 może powodować wzrost aktywności procesu anammox przy jednoczesnym obniżeniu temperatury. Dlatego sugeruje są dalsze badania w celu zbadania długoterminowego wpływu nanocząstek MnO2 na niskotemperaturowy proces anammox.

2

Właściwości sorpcyjne adsorbentów na bazie dwutlenku tytanu oraz dwutlenku tytanu z dwutlenkiem manganu

Hernet Julia, Czyżewska Magda, Sołtysiak Agnieszka

Postępy w Inżynierii Mechanicznej

|

2019

|

nr 14(7)

53--62

PL

Adsorpcja to jeden z najistotniejszych procesów międzyfazowych zachodzących na powierzchniach substancji. Na podstawie pomiaru adsorpcji można określić właściwości sorpcyjne materiałów. Dokładne zbadanie właściwości sorpcyjnych pozwala na sprecyzowanie dalszego zastosowania danego materiału. Substancje o właściwościach sorpcyjnych znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym i elektroenergetycznym, w budowie maszyn i pojazdów, są także stosowane w ochronie środowiska naturalnego. W pracy przedstawiono badania właściwości sorpcyjnych materiałów na bazie TiO2, które można wykorzystać w procesach oczyszczania wody. Pomiary przeprowadzono metodą spektrofotometryczną; wykorzystano: spektroskopię w podczerwieni (IR), termograwimetrię (TGA), badania adsorpcyjne oraz metodę mikroskopową.

EN

Adsorption is one of the most important interfacial processes occurring on the surfaces of substances. Based on the adsorption measurement the sorption properties of the materials can be determined. A thorough examination of sorption properties allows to specify further use of a given material. Substances possessing sorption properties have found wide application in the chemical and power industry in the construction of machines and vehicles, and are also used in environmental protection. As part of this work, the sorption properties of TiO2 – based materials that could be used in water purification processes were investigated. The measurements were carried out by the spectrophotometric method, where infrared spectroscopy (IR), thermogravimetry (TGA), adsorption studies and microscopic method were used.

3

Adsorption of Zn2+ from solutions on manganese oxide obtained via ozone precipitation reaction

Contreras-Bustos R., Espejel-Ayala F., Cercado-Quezada B., Jiménez-Becerril J., Jiménez-Reyes M.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2016

|

Vol. 18, nr 1

46--50

EN

Synthesis via ozone precipitation reaction was used to obtain manganese dioxide (OMD) and it was probed as an adsorbent for zinc ions. Adsorption was followed along shaking time and increasing ratio [NO3 –] / [Zn2+], and isotherms were obtained at different pH values and in the presence of several anions (chloride, nitrate, sulphate, and acetate). It was found that adsorption equilibrium is fast and follows the pseudo-second order model (qe = 34 ±1 mg/g and K = 0.07 ±0.01 g/mg h). Isotherms were fitted to Langmuir, Freundlich, and Langmuir-Freundlich models, and the best fitting was found with the last one. The process is dependent on pH and the efficiency increases from pH 1 to 4. The ratio [NO3 –] / [Zn2+] up to 3 does not seem to change the behaviour of the process. Regarding the anions, the efficiency of Zn(II) adsorption occurs according to: acetate > nitrate and sulphate > chloride. Manganese oxide obtained via ozonization is an excellent adsorbent for zinc ions.

4

Ocena skuteczności procesu ozonowania katalitycznego z udziałem dwutlenku manganu na przykładzie wodnego roztworu 2-chloro-4-nitrofenolu (CNP)

Andrzejewski P., Herrero J., Garcia-Consuegra U. L.

Ochrona Środowiska

|

2013

|

Vol. 35, nr 4

57--60

PL

W literaturze brakuje jednoznacznej oceny skuteczności procesu ozonowania katalitycznego na tlenkach metali, w tym dwutlenku manganu. Część prac zaprzecza kata-litycznej roli tlenków metali, natomiast inne ją potwierdzają. Z tego względu przeprowadzono porównawcze badania skuteczności ozonowania katalitycznego z udziałem dwutlenku manganu i ozonowania klasycznego. Związkiem poddawanym degradacji był 2-chloro-4-nitrofenolu (CNP). Zarówno obecność atomu chloru, jak i grupy nitrowej w pierścieniu aromatycznym tego związku skutkuje jego wysoką odpornością na degradację. Zbuforowany roztwór modelowy zawierający CNP w ilości 25 g/m3 poddawano ozonowaniu w reaktorze przez 20 min (próbki pobierano do 60. minuty reakcji), przy różnych wartościach pH, zarówno przy braku, jak i w obecności dwutlenku manganu w postaci suspensji. Wykazano, że CNP ulegał degradacji (maks. 40%) zarówno w procesie klasycznego, jak i katalitycznego ozonowania, przy czym skuteczność tego ostatniego była wyraźnie większa przy pH=7 niż przy pH=8. Ponadto stwierdzono, że degradacja CNP praktycznie ustawała po zakończeniu dawkowania ozonu, gdyż nie odnotowano dalszego ubytku CNP w czasie.

EN

Available literature provides inconclusive assessment of efficacy of metal oxide assisted (manganese dioxide including) ozonation process. Some study results negate catalytic role of metal oxides, while other research confirms it. Therefore, comparative studies assessing efficacy of manganese dioxide assisted catalytic ozonation and of a standard procedure were performed. 2-chloro-4-nitrophenyl (CNP) was chosen for the experiments. Both chlorine atom and nitro group in aromatic ring of the compound determine its high resistance to degradation. Buffered, CNP-containing (25 g/m3) model solution was ozonated in the reactor for 20 min (samples withdrawn up to 60 min) at varied pH and with or without manganese dioxide in suspension. It was demonstrated that CNP was degraded (up to 40%), both in standard and catalytic ozonation, while the efficacy of the latter was insignificantly higher at pH=7 than pH=8. Additionally, CNP degradation was demonstrated to cease when ozone dosing stopped. No further time-dependent CNP depletion was observed.

5

Usuwanie manganu(II) na chalcedonicie modyfikowanym tlenkiem manganu(IV)

Michel M. M., Kiedryńska L.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 7

1416-1419

PL

Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych sorpcji manganu(II) na chalcedonicie modyfikowanym tlenkiem manganu(IV) (CHMn). Badania prowadzono w warunkach statycznych, paradynamicznych oraz dynamicznych. Stwierdzono, że w warunkach statycznych zachodzi sorpcja monowarstwowa wg modelu Langmuira, a w warunkach paradynamicznych i dynamicznych sorpcja jest opisywana odpowiednio równaniem Redlicha i Petersona oraz równaniem Freundlicha. Maksymalna pojemność sorpcyjna CHMn jest zmienna i zależy od warunków prowadzenia eksperymentu.

EN

Chalcedonite grains (0.8–1.25 mm) were modified with MnO₂ and used for sorption of Mn²⁺ ions from their aq. solns. (pH 6) under static, paradynamic and dynamic conditions. The sorption equil. was modeled by the nonlinear regression method using the Langmuir, Freundlich and Redlich-Peterson isotherm equations. The exptl. data from static batch expts. were described in the best way by the Langmuir equation, which confirmed a monolayer sorption of Mn(II) onto the sorbent surface. The exptl. data from paradynamic batch and dynamic flow expts. were described in the best way by the Redlich-Peterson and the Freundlich equations because of multilayer phys. sorption under the conditions. Max. sorption capacity was the smallest under static conditions (1.25 mg/g). In paradynamic and dynamic expts. the capacity was twice or triple higher (2.21 or 4.10 mg/g, resp.).

6

Rola dwutlenku manganu (MnO2) w powstawaniu N-nitrozodimetyloaminy (NDMA) w reakcji dimetyloaminy (DMA) z wybranymi utleniaczami w roztworach wodnych

Andrzejewski P., Nawrocki Ł., Nawrocki J.

Ochrona Środowiska

|

2009

|

vol. 31, nr 4

25-29

PL

N-nitrozodimetyloamina (NDMA), z uwagi na właściwości kancerogenne i mutagenne jest jednym z najbardziej niebezpiecznych ubocznych produktów utleniania domieszek wody. Za tworzenie się NDMA podczas oczyszczania wody wydaje się być odpowiedzialne głównie chloraminowanie wody, jednakże mechanizm powstawania tego związku nie został w pełni wyjaśniony. W pracy podjęto próbę wyjaśnienia mechanizmu powstawania NDMA w reakcji dimetyloaminy (DMA) z nadmanganianem potasu lub ozonem. Wykazano, że w przypadku zastosowania tych utleniaczy reakcja nitrozowania DMA jest katalizowana dwutlenkiem manganu tworzącym się jako produkt redukcji KMnO4 lub obecnością dodanego MnO2 w środowisku działania ozonu. Stwierdzono, że dwutlenek manganu w postaci zawiesin, powstający jako produkt reakcji DMA z nadmanganianem potasu, był niezbędny do tworzenia się NDMA w tej reakcji. NDMA tworzył się również w wyniku reakcji DMA z azotynami i azotanami w obecności MnO2, nawet przy pH=8,25, bardzo odległym od optymalnego pH reakcji bezpośredniego nitrozowania DMA (3,0÷3,5). Obecność dwutlenku manganu w postaci zawiesin podczas ozonowania wody zawierającej DMA wyraźnie zwiększyła jej konwersję do NDMA. Efekt ten wystąpił również w przypadku obecności azotynów w mieszanie reakcyjnej. Otrzymane wyniki wskazują na potencjalny wpływ zarówno MnO2 w postaci zawiesin, jak i MnO2 w katalitycznych złożach filtracyjnych na powstawanie NDMA w wodzie.

EN

Owing to its carcinogenic and mutagenic properties, N-nitrosodimethylamine (NDMA) has been classified into the group of the most hazardous and undesired by-products that form during oxidation of water pollutants. Although chloramination seems to be the principal contributor to the formation of NDMA in the water being treated, the underlying mechanism is still far from being well understood. In this paper an explanation is proposed for the mechanism governing the formation of NDMA in the reaction of DMA with potassium permanganate or ozone. It has been demonstrated that when use is made of these oxidants, the reaction of DMA nitrosation is catalyzed either by the manganese dioxide that forms as the product of KMnO4 reduction, or by the MnO2 added to the water being ozonized. The manganese dioxide suspension, a product of the reaction of DMA with potassium permanganate, was found to be indispensable for the formation of NDMA in this reaction. It has been observed that NDMA also formed during the reaction of DMA with nitrites and nitrates in the presence of MnO2 even at the pH of 8.25, which is noticeably higher than the optimal value of 3.0-3.5 for the direct nitrosation of DMA. The presence of the MnO2 suspension during ozonation of DMA-containing water evidently increased the conversion of DMA to NDMA. The same was found to occur when nitrites were present in the reaction mixture. The results obtained substantiate the potential influence of MnO2 (regardless of whether added in the form of suspension, or when present in the catalytic filter beds) on the formation of NDMA in the water.

7

Właściwości fizykochemiczne klinoptylolitu modyfikowanego ditlenkiem manganu

Anielak A. M.

Przemysł Chemiczny

|

2006

|

T. 85, nr 7

487-491

PL

Dokonano analizy fizykochemicznych właściwości zeolitu naturalnego (klinoptylolitu), modyfikowanego ditlenkiem manganu. Na podstawie widma w podczerwieni zeolitu naturalnego i modyfikowanego przeprowadzono ocenę wpływu modyfikacji zeolitu na jego właściwości. Określono jego zdolności katalityczne i sorpcyjne w procesie usuwania z wody Mn(II) i As(III). Przedstawiono mechanizm przebiegu reakcji utleniania i sorpcji badanych jonów a następnie opisano go równaniami chemicznymi. Optymalizację warunków modyfikacji naturalnego zeolitu oraz ocenę jego właściwości katalitycznych prowadzono wyznaczając potencjał elektrokinetyczny zmodyfikowanych i naturalnych cząstek minerału.

EN

A mineral contg. clinoptylolite 55, ash and volcanic glass 26, quartz 6, and montmorillonite 13%, SiO2:Al2O3 = 6.1, pore size 0.4–0.78 nm, was calcined (100, 200, 500, 650 or 850°C), freed from mobile ions, converted into the H-form, and modified with MnO2. The 200°C zeolite had the (-ò)-potential 43.33 mV vs. the original 11.9–22 mV(over pH 2–12) and was more catalytic and adsorptive (as supported by IR spectra) toward Mn(II) and As(III) ions in 100 and 1 mg/l. solns., resp. The topical Mn oxide occurred in several varieties, g g g g g MnO2 prevailing. Sorption and regeneration mechanisms were presented. The adsorbed As ions regenerated the catalytic properties in the modified zeolite.

8

Selective recovery of lithium from seawater using a novel MnO2 type adsorbent III - benchmark evaluation

Yoshizuka K., Kitajou A., Holba M.

Ars Separatoria Acta

|

2006

|

No. 4

78-85

EN

The granulation method of λ-MnO2 adsorbent employing chitin-based binder, which has efficient selectivity towards lithium ion, has been developed. The granules of ca. 1 – 2 mm with high resistance to the column operation for seawater (pH = 8.1) can be achieved. The laboratory scale column separation with the granulated adsorbent shows that lithium ions from seawater can be selectively recovered against the majority of co-existing cations. In addition, the elution of Mn from the adsorbent can be prevented. The benchmark column separation plant with seawater intake 200 L/h has been built and the whole process was verified and evaluated. The composition analysis of dried precipitated salts showed ca. 35 % efficiency of lithium recovery in the benchmark plant. In order to enhance the lithium recovery efficiency the following recovery steps are expected when routine techniques are applied.

9

Selective recovery of lithium from seawater using a novel MnO2 type adsorbent. II – Enhancement of lithium ion selectivity of the adsorbent

Kitajou A., Suzuki T., Nishihama S., Yoshizuka K.

Ars Separatoria Acta

|

2003

|

No. 2

97-106

EN

A novel spinel-type manganese dioxide adsorbent has been developed for the selective recovery of Li+ from seawater. The adsorbent can be prepared from a lithium-rich component of spinel-type lithium dimanganese tetraoxide Li1.5Mn2O4, followed by ion exchange of Li+ by H+ with diluted hydrochloric acid. The X-ray analysis of the adsorbent suggests the adsorption-elution cycle of Li+ progresses under γ expansion-shrinking mechanism of the adsorbent. The adsorption of Li+ progresses via cation exchange, and the selective recovery of Li+ can be carried out, even when the large amount of Na+ coexists in seawater. The chromatographic selective recovery of Li+ from the artificial seawater shows that Li+ can be selectively adsorbed with remaining most of Na+ in the feed solution in the break through step, while Li+ of high purity can recover and concentrate into the elutant in the elution step.

10

Selective recovery of lithium from seawater using a novel MnO2 type adsorbent

Yoshizuka K., Fukui K., Inoue K.

Ars Separatoria Acta

|

2002

|

No. 1

79-86

EN

A novel ?-type manganese dioxide (?-MnO2) adsorbent has been developed for selectively recovering Li+ from seawater. This adsorbent can be prepared from spinel-type lithium di manganese tetra-oxide (LiMn2O4) using ion exchange of Li+ by hydrogen ion. In batch adsorption, ?-MnO2 adsorbent can effectively adsorb Li+ at elevated pH (like seawater; pH=8.1) with quite high selectivity for Li+ vs. Na+ (molar ratio of Li+/Na+ exceeding 800). In chromatographic separation, Li+ can be effectively adsorbed on the adsorbent packed into column, while Na+ is only scarcely adsorbed. In elution stage, Li+ can be concentrated more than 75 times compared to its initial concentration in the feed solution of adsorption stage, while little Na+ was eluted. The molar selectivity coefficient of Li+/Na+ to 2300 can be achieved.

11

Elektroda interkalacyjna w ogniwie litowym z niewodnym roztworem elektrolitu. [Cz.] 1. Dwutlenek manganu i tlenki litowo-manganowe

Bełtowska-Brzezińska M., Kozik T., Jaworska H.

Wiadomości Chemiczne

|

2001

|

[Z] 55, 3-4

289-329

EN

Lithium batteries of various types have found use in portable electronic devices and are also considered for application in electric or hybrid vehicles because of their high operating voltage and energy density. Among a number of materials examined as the positive electrode in lithium batteries with organic electrolyte solution, much attention has been paid to transition metal oxides, in particular to manganese dioxide and its lithiated derivatives. Electrochemical studies have proved that these compounds are able to accommodate or remove Li+ ions in parallel with the electron injection or extraction thus changing the oxidation state of manganese (IV/III) upon the solid state redox reaction. The capacity and power density of intercalation electrodes varies with the crystallographic and electronic structure of their solid phase, electrode thickness and porosity as well as the chemical nature and conductivity of the electrolyte solution. The kinetics of the electrochemical intercalation-deintercalation of Li+ ions is mostly limited by the diffusion of these ions into or from the host matrix. Another limitation comes from an electrolyte depletion in pores of the electrode material during the discharge, as the rate of the Li+ ions transport from the bulk electrolyte is lower in comparison with the charge transfer rate at the electrode/electrolyte interface. The diffusion model for nonporous and porous intercalation electrodes quite well describes the surface and bulk distribution of Li+ ions in the solid phase as well as in the pore electrolyte, as a function of the discharge rate and discharge degree. The experimental characteristics of MnO2 and compounds of the Li-Mn-O system, obtained at various electrode thickness, particle size and charge-discharge density has confirmed the theoretical predictions. Manganese dioxide (g-MnO2) electrodes having discharge capacity of 220-270 Ah/kg at Eť3 V vs. Li/Li+ show a limited rechargeability on charge-discharge cycling in secondary lithium cells. As evidenced by XRD-ray patterns this is due to anisotropic expansion and contraction of the crystallographic unit cell at the average manganese valence of about +3.5. A significantly higher cycling efficiency can be achieved with MnO2(CDMO) and Li-Mn-O spinel phases, providing a three-dimensional interstitial space for Li+ ions transport. The cubic close-packed structure of the stoichiometric LiMn2O4 remains almost unchanged upon deintercalation to l-MnO2 and subsequent reintercalation to x ť 1 in the potential range E ť 4 V (vs. Li/Li+). One can obtain the rechargeable capacity of 125 Ah/kg at moderate current rates owing to the relatively fast solid state diffusion of Li+ ions for 0< x <1. Two further potential plateau's at E ť 3 V and E ť 1 V correspond to the intercalation degree of 1< x <2 and 2< x <4 upon a cubic-tetragonal and tetragonal-trygonal phase transition, respectively. The identification of three distinct regions in the potential-composition (E-x) curves at makes the basis for spinel electrodes application in energy storage devices. In the last years, several overlithiated and defect spinel phases of the general formula (...) have been used in the so-called "lithium-ion" batteries with the carbon based negative electrode. Alternative lihium-ion batteries contain two transition metal oxides having different intercalation potentials. Quite recently, a family of mixed spinel oxides Li (...) has been proposed for the positive electrode, Li[Li0,33Ti1,67]O4 as the negative electrode. Future improvement of the charge-discharge performance of spinel electrodes for primary and secondary lithium batteries can be expected under a complex optimisation of the synthesis methods, the electrode mophology, porosity and thickness. Furthermore, the advanced batteries require the high conductivity electrolyte-solvent systems, stable in the potential range of at least 0 to 5V.