Sorbenty stosowane do usuwania Cr(VI) z roztworów wodnych

• Autorzy: Drozd, M. , Warchoł, J.

Warianty tytułu

EN

Adsorbents apply for Cr(VI) removal from aqueous solutions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Utrzymujące się w ostatnim stuleciu zapotrzebowanie na chrom i jego związki oraz rosnące zużycie materiałów zawierających ten pierwiastek spowodowało, że koncentracja chromu w środowisku naturalnym wzrasta z roku na rok. Podwyższone zawartości chromu w środowisku naturalnym nie są obojętne dla zdrowia i życia ludzi oraz rozwoju biotycznej części środowiska. Niektóre związki chromu są uznawane za rakotwórcze. W wodzie przeznaczonej do spożycia najwyższe dopuszczalne stężenie chromu ogólnego nie powinno przekraczać 0,05 mg/dm3, a Cr(VI) – 0,02 mg/dm3. Konwencjonalne metody stosowane do usuwania jonów metali ze środowiska wodnego są to chemiczne strącania, filtracja, wymiana jonowa, wydzielania elektrochemiczne, odwrócona osmoza. Większość z tych metod jest skuteczna i jednocześnie bardzo kosztowna, często wymaga zachowania ścisłych reŜimów technologicznych. Metody oparte na zjawisku sorpcji są uważane nie tylko za efektywne, ale też za selektywne. Powszechnie stosowanymi sorbentami są węgle aktywne i syntetyczne wymieniacze jonowe. Ponieważ materiały te są drogie i mało selektywne, ich zastosowanie w procesach, tj. oczyszczania ścieków przemysłowych czy remediacji gleb, jest ekonomicznie nieopłacalne. W związku z tym coraz większe jest zainteresowanie materiałami alternatywnymi mającymi duże powinowactwo do jonów Cr(VI). Są to m.in. węgle aktywne preparowane z lokalnie dostępnych materiałów odpadowych lub półproduktów procesów przemysłowych. Praca stanowi przegląd literatury na temat sorpcji jonów Cr(VI) z roztworów wodnych na węglach aktywnych, dolomicie, żywicach syntetycznych, systemach mikrobiologicznych i sorbentach cyrkonowo-tlenkowych. Przedstawiono charakterystykę najważniejszych przedstawicieli należących do tych grup sorbentów. Omówiono mechanizm sorpcji jonów Cr(VI) oraz czynniki warunkujące jego efektywność.

EN

Chromium is considered as a high priority environmental pollutant. Its concentration in industrial effluents reaches in specific cases 50000 mg/l. The toxicity of chromium strongly depends on its oxidation state. Chromium is present in aqueous solutions in various anionic forms ((CrO4-, HCrO4- or Cr2O7 2-) which can be toxic to living beings even at μg/l concentrations. Among the different techniques proposed for their removal (e.g., reduction/precipitation, biosorption, and nano- and ultrafiltration, adsorption on natural and synthetic sorbents still seems to be quite attractive. Due to mild operating conditions, sorption can be utilized as a separate process or supporting system for conventional purification technology. Commercially, activated carbons and synthetic resins are regarded as the most popular and effective adsorbents and ion exchangers. Despite they prolific use, they are costly to regenerate and sorb most compounds indiscriminately. Their practical application in environmental problems such as treating metal-loaded sludge, soils remediation; is economically unfavorable. This review collects the research results obtained for both commercial and alternative adsorption materials for Cr(VI) removal. A variety of alternative sorption materials materials such as natural minerals (dolomite), biosorbents (Sargassum muticum) and polymeric resins (β-dike-tone-functionalized styrene-divinylobenzene copolymer) has been presented. Their ability (structural and chemical proporties) for Cr(VI) anions sorption and binding mechanism have been discussed. The maximum Cr(VI) uptake was compared with results presented in the literature for different sorbents. Alternative, low-cost adsorbents have been found to be highly promising materials for chromium removal from contaminated waters.

Słowa kluczowe

PL

sorbent; dolomit; węgiel aktywny; żywica jonowymienna; chrom(VI)

EN

sorbent; dolomite; activated carbon; ion-exchange resin; chromium(VI)

• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 60, nr 4
• Strony: 5--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Drozd, M.,

autor

Warchoł, J.

• Politechnika Rzeszowska,

Bibliografia

• [1] Albadarin A.B., Mangwandi Ch., Al-Muhtaseb Ala’a H., Walker G.M., Allen S.J., Ahmad M.N.M.: Kinetic and thermodynamics of chromium ions adsorption onto low-cost dolomite adsorbent. Chemical Engineering Journal, no 179, 2012, pp. 193-202.
• [2] Larraza I., López-Gónzalez M., Corrales T., Marcelo G.: Hybrid materials: Magnetite-Polyethylenimine-Montmorillonite, as magnetic adsorbents for Cr(VI) water treatment. Bioresource Technology, no 113, 2012, pp. 106-113.
• [3] Kołwzan B.: Wybrane aspekty oddziaływania metali ciężkich na mikroflorę wód powierzchniowych. Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1986.
• [4] Nriagu J.O.: Production and uses of chromium. Chromium in the natural and human environments. John Wiley & Sons, New York, no 1988, pp. 81-103.
• [5] Dojlido J.R.: Chemia wód powierzchniowych. Wydaw. Ekonomia i Środowisko, Białystok 1995.
• [6] Migula P.: Kiedy metale ciężkie są szkodliwe, t. VII. Fundacja Ekologiczna „Silesia”, Katowice 1993.
• [7] Arulkumar M., Thirumalai K., Sathishkumar P., Palvannan T.: Rapid removal of chromium from aqueous solution using novel prawn shell activated carbon. Chemical Engineering Journal, no 185-186, 2012, pp. 178-186.
• [8] Sorbak Z.: Nieorganiczne materiały nanoporowate. WN Uniwersytetu A. Mickiewicza, Poznań 2009.
• [9] Demirbas E., Kobya M., Senturk E., Ozklan T.: Adsorption kinetics for the removal of Chromium(VI) from aqueous solutions on the activated carbons prepared from agricultural wastes. Water SA, no 30(4), 2004, pp. 533-540.
• [10] Demirata B.: Speciation of Cr(III) and Cr(VI) by means of melamine-ureaformaldehyde resin and FAAS. Mikrochim. Acta, no 136, 2001, pp. 143-146.
• [11] Selomulya C., Meeyoo V., Amal R.: Mechanisms of Cr(VI) removal from water by various types of activated carbons. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, no 74(3), 1999, pp. 111-122.
• [12] Mohan D., Singh K.P., Singh V.K.: Removal of hexavalent chromium from aqueous solution using low-cost activated carbon derived from agricultural waste materials and activated carbon fabric cloth. Industrial and Engineering Chemistry Research, no 44(4), pp. 1027-1042.
• [13] Cimino G., Passerini A., Toscano G.: Removal of toxic cations and Cr(VI) from aqueous solution by hazelnut shell. Water Research, no 34(11), 2000, pp. 2955-2962.
• [14] Kobya M.: Removal of Cr(VI) from aqueous solutions by adsorption onto hazelnut shell activated carbon: kinetic and equilibrium studies. Bioresource Technology, no 91(3), 2004, pp. 317-321.
• [15] Mohanty K., Jha M., Meikap V., Biswas M.N.: Removal of Chromium(VI) from dilute aqueous solutions by activated carbon developed from Terminaliaarjuna nuts activated with zinc chloride. Chemical Engineering Science, no 60(11), 2005, pp. 3049-3059.
• [16] Karthikeyan T., Rajgopal S., Miranda L.R.: Chromium(VI) adsorption from aqueous solution by Heveabrasiliensis sawdust activated carbon. Journal of Hazardous Materials, no 124(1-3), 2005, pp. 192-199.
• [17] Muthukumaran K., Beulah S.: Removal of Chromium(VI) from wastewater using chemically activated Syzygiumjambolanum nut carbon by batch studies. Procedia Environmental Sciences, no 4, 2011, pp. 266-280.
• [18] Chaudhuri M., Bin Azizan N.K.: Adsorptive removal of Chromium(VI) from aqueous solution by an agricultural waste-based activated carbon. Water Air Soil Pollut, no 223, 2012, pp. 1765-1771.
• [19] Li W., Gong X., Li X., Zhang D., Gong H.: Removal of Cr(VI) from low-temperature micro-polluted surface water by tannic acid immobilized powdered activated carbon. Bioresource Technology, no 113, 2012, pp. 106-113.
• [20] Yin C.Y., Aroua M.K., Daud W.M.A.W.: Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions. Separation and Purification Technology, no 52, 2007, pp. 403-415.
• [21] Walker G.M., Hansen L., Hanna J.A., Allen S.J.: Kinetics of a reactive dye adsorption onto dolomitic sorbents. Water Research, no 37, 2003, pp. 2081-2089.
• [22] Pehlivan E., Ozkan A.M., Dins S., Parlayici S.: Adsorption of Cu2+ and Pb2+ ion on dolomite powder. Journal of Hazardous Materials, no 167, 2009, pp. 1044-1049.
• [23] Bolewski A., Żabiński W.: Zarys mineralogii. Wydaw. AGH, Kraków 1987, s. 314-315.
• [24] Duffy A., Walker G.M., Allen S.J.: Investigations on the adsorption of acidic gases using activated dolomite. Chemical Engineering Journal, no 117, 2006, pp. 239-244.
• [25] Ramasamy V., Ponnusamy V., Sabari S., Anishia S.R., Gomathi S.S.: Effect of grinding on the crystal structure of recently excavated dolomite. Indian Jurnal of Pure & Applied Physics, no 47, 2009, pp. 586-591.
• [26] Stefaniak E., Dobrowolski R., Staszczuk P.: Adsorption on the adsorption of Chromium(VI) ions on dolomite and dolomitic sorbents. Adsorption Science & Technology, no 18, 2000, pp. 107-115.
• [27] Kumar R., Jain S.K., Misra R.K., Kachchwaha M., Khatri P.K.: Aqueous heavy metals removal by adsorption on b-diketone-functionalized styrene-divinylbenzene-copolymeric resin. Int. J. Environ. Sci. Technol., no 9, 2012, pp. 79-84.
• [28] Rafati L., Mahvi A.H., Asgari A.R., Hosseini S.S.: Removal of Chromium(VI) from aqueous solutions using Lewatit FO36 nano ion exchange resin. Int. J. Environ. Sci. Tech., no 7 (1), 2010, pp. 147-156.
• [29] Rengaraj S., Yeon K.-H., Moon S.-H.: Removal of chromium from water and wastewater by ion exchange resins. Journal of Hazardous Materials, no 87, 2001, pp. 273-287.
• [30] Bajpai S., Dey A., Jha M.H., Gupta S.K., Gupta A.: Removal of hazardous hexavalent chromium from aqueous solution using divinybenzene copolymer resin. Int. J. Environ. Sci. Technol., no 9, 2012, pp. 683-690.
• [31] Chowdhury P., Mondal C.P., Roy C.K.: Synthesis of cross-linked graft copolymer from [2-(methacryloyloxy)ethyl] trimethylammonium chloride and poly(vinyl alcohol) for removing Chromium(VI) from aqueous solution. Polym. Bull., no 64, 2010, pp. 351-362.
• [32] Lopez-Garcıa M., Lodeiro P., Herrero R., Sastre de Vicente M.E.: Cr(VI) removal from synthetic and real wastewaters: The use of the invasive biomass Sargassummuticum in batch and column experiments. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, no 18, 2012, pp. 1370-1376.
• [33] Shukla D., Ankar P.S.: Efficient biosorption of Chromium(VI) ion by dry Araucaria leaves. Environmental and Science Pollution Research, no 19, 2012, pp. 2321-2328.
• [34] Rajeshwari K., Kumar M.S., Thajuddin N.: Adsorption isotherms for Cr(VI) by two immobilized marine cyanobacteria. Analytical Microbiology, no 62, 2012, pp. 241-246.
• [35] Li S., Jin-Lan X., Hua H.E., Zhen-Yuan N., Guan-Zhou Q.: Biosorption mechanism of Cr(VI) onto cells Synechococcus sp. Journal of Central South University of Technology, no 02-0157-06, 2007.
• [36] Gholami F., Mahvi A.H., Omrani Gh.A., Nazmara Sh., Ghasri A.: Removal of Chromium(VI) from aqueous solution by Ulmus leaves. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., no 2, 2006, pp. 97-102.
• [37] Khazaei I., Aliabadi M., Hamed Mosavian H.T.: Use of agricultural waste for removal of Cr(VI) from aqueous solution. Iranian Journal of Chemical Engineering, no 4, 2011, pp. 11-23.
• [38] Sudha S.R., Abraham T.E.: Biosorption of Cr(VI) from aqueous solution by Rhizopus nigricans. Bioresource Technology, no 79(1), 2001, pp. 73-81.
• [39] Nurba M., Nourbakhsh S., Kilicarslan S.: Biosorption of Cr6+, Pb2+ and Cu2+ ions in industrial waste water on Bacillus sp. Chemical Engineering, no 85(2/3), 2002, pp. 351-355.
• [40] Cui H., Li Q., Gao S., Ku Shang J.: Strong adsorption of arsenic species by amorphous zirconium oxide nanoparticles. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, no 18, 2012, pp. 1418-1427.
• [41] Gutzov S., Peneva K.: Formation of the monoclinic zirconia phase by heating from hydrous zirconium oxide. Journal of Materials Science Letters, no 17, 1998, pp. 1535-1537.
• [42] Mishra S.P., Singh V.K., Tiwari D.: Inorganic particulates in removal of toxic heavy metal ions. Study: Part IV. Efficient removal of zinc ions from aqueous solution by hydrous zirconium oxide. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, no 1(210), 1996, pp. 207-217.
• [43] Pilch J.: Sorpcja chromu na amorficznych sorbentach cyrkonowo-tlenowych. Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2005 (praca niepublikowana)