Upload
sava-madalina
View
267
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI
FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE
Programul de studii:Ingineria și Managementul Sistemelor Biotehnice
Lucrare de disertație
Epurarea apelor industriale ce conţin ionide crom
Coordonator Ştiinţific:
Conf. dr. ing. Cristina Covaliu
Masterand:
Ing. Sava Mădălina
Anul 2015
CAPITOLUL IVModalităţi de îndepartare a cromului din apele uzate cu Cr
4.1. Nanotuburi de carbon
Nanotuburile de carbon (NTC) sunt alotropi ai carbonului cu nanostructură cilindrică.
Nanotuburile sunt construcții cu raport între lungime și diametru de până la 132,000,000:1 [1]
semnificativ mai lung decât în cazul oricărui alt material. Acest cilindru format din molecule de
carbon au proprietăți neobișnuite, care sunt valoroase pentru nanotehnologie, electronică, optică și
în alte domenii ale științei și tehnologiei.
În particular datorită conductivității termice și proprietăților mecanice și electrice deosebite,
nanotuburile de carbon au diverse aplicabilități ca aditivi pentru diverse materiale structurale. De
exemplu, nanotuburile formează mici porțiuni în unele obiecte fabricate în principal din fibră de
carbon, ca de exemplu bâte de baseball, de golf sau componente auto.
Nanotuburile fac parte din familia structurilor fulerine. Numele lor derivă din structurile
lungi, scorburoase, cu peretele format din foi de carbon având grosimea unui atom.
Fig.4.1. Nanotuburi de carbon
Fig.4.2. Nanotuburi de carbon pudră
4.2.Epurarea apelor folosind adsorbţia pe nanotuburile de carbon
Materiale de carbon sunt o clasă de adsorbant inginerie semnificative și utilizate pe scară
largă. Ca un nou membru al familiei de carbon, nanotuburi de carbon au prezentat mari potențiale în
aplicații ca întăriri compuse, emițătoare de teren pentru dispozitive de afișare cu ecran plat, senzori
de stocare a energiei și de transformare a energiei și catalizatori sprijine faze, din cauza lor
extraordinare mecanice, electrice, proprietăţi termice și structurale.
În special , marile suprafețele specifice , precum stabilitățile termice chimice ridicate și fac
carbon nanotuburi un adsorbant atractivă în tratarea apelor reziduale. Proprietățile adsorbție ale
nanotuburi de carbon într-o serie de agenți toxici, cum ar fi plumb, cadmiu, crom hexavalent și
crom trivalent au fost studiate și rezultatele arată că nanotuburi de carbon sunt excelente si eficiente
adsorbant pentru eliminarea acestor medii daunatoare in apa.
Cromul la expunerea de niveluri scazute poate irita pielea si cauza ulcer. Expunerea pe
termen lung poate provoca daune la rinichi și ficat , precum și deteriorarea țesuturilor circulatorii și
nervoase . Încă o dată, este important să se elimine astfel de urme în apele uzate nostru de ajutorul
CNT . Atieh a raportat folosind nanotuburi de carbon sustinuti de cărbune activ (AC) pentru a
îndepărta Cr6+ ionilor din apa poluată.
Mai mare capacitate de adsorbție folosind AC - CNT adsorbant acoperite obținute în urma
experimentelor de adsorbție lot a fost de 9,0 mg / g. De aceea se pare că AC acoperit cu CNT este
cea mai eficientă pentruîndepărtarea ionilor de crom. Eliminarea de Cr 6+ din apa potabilă, folosind
nanoparticule pe suport de ceriu pe nanotuburi de carbon aliniate.
4.3. Cercetare experimentală originalMateriale pentru experiment:
Fig.4.3.Sticlă de ceas
Fig. 4.4. Spatulă de metal
Fig.4.5. Balanţă analitică cu precizie de 5 zecimale
- palnie
- balon cotat
- pipeta
- para pentru pipeta
- dicromat de potasiu (K2Cr2O7) ( pentru experimentul 1)
Fig. 4.6. Dicromat de potasiu (K2Cr2O7)
- Clorura de crom ( III ) hexahidrat (CrCl2*6H2O ) (pentru experimentul 2 )
- Spectrofotometrul UV/Vis
Fig.4.7. Spectrofotometrul UV/Vis
Fig.4.8.Pulbere de nanotuburi de carbon
1. Cromul hexavalent (crom (VI), Cr (VI))
Am pregătit o soluție cu cea mai mare concentrație de crom Cr 6+ prin cântărirea
dicromatului de potasiu, folosind balanța analitică cu o precizie de cinci zecimale.
Am cântărit 1.4709 g de dicromat de potasiu pe sticla de ceas la balanţa analitică. Cu
soluţia obţinută în final care a fost de culoare portocalie.
Concentraţia iniţială Cr3+ = 0.01M
Masa moleculară a dicromatului de potasiu K2Cr2O7 = 294.18 g / mol
MK2Cr2O7 = g/mL
MCr = 52g/ mol
C= 0,01M
V= 500ML
294,18g K2Cr2O7……………2*52g Cr
1, 4709 g K2Cr2O7 ……………x
Într-un balon cotat de 500 mL, am pus dicromat de potasiu, folosind o pâlnie, apoi am adus
la semn cu apă distilată.
Fig. 4.9. Balon cotat cu soluție de dicromat de potasiu
Am agitat soluția de dicromat de potasiu. După omogenizare, din soluția stoc am pregatit soluții cu
concentraţie mai mică decât cea inițială, prin diluare succesivă folosind o pipeta gradată.
- 0.1 mL din soluţia stoc pe care am adăugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus
la semn cu apa distilată
Concentraţie de Cr = 0,02mg
- 0.5 mL din soluţia stoc am adăugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn
cu apa distilată
Concentraţie de Cr = 0,1046 mg
- 0.2 mL din soluţia stoc am adăugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn
cu apa distilată
Concentraţie de Cr = 0,04 mg
Fig.4.10. Balon cotat (5 mL)
Pentru fiecare balon am luat o mostră. Am pus-o in Spectrofotometrul UV / Vis pentru a măsura
adsorbanța. Pentru fiecare mostra trebuie sa masuram concentratia separat.
Table 4.1. Valorile curbei de calibrare
Concentratie
[mg/ L ]
Adsorbanță
[u/a]0,02 0,7757
0,04 1,3586
0,0624 2,1288
0,1046 3,6831
Fig.4.11. Curba de calibrare
După reprezentarea grafică a concentrației de crom și adsorbanța măsurată rezulta o relație
Adsorbanța = număr * concentrație + număr
Ecuația obținută:
y = 0,027 x - 0,012
R² =0,966
Această ecuație o vom folosi pentru a determina concentrația de crom din apele uzate
sintetice. Am pus 250 ml de soluție stoc într-un balon Erlenmeyer. Apoi am cântărit la balanță
analitică 0.09914 g de nanotuburi de carbon (pulbere neagră). În acest balon Erlenmeyer am
adăugat nanotuburi de carbon. Am pus această soluție pe agitator. Am setat agitatorul la 590 rpm.
Fig. 4.12. Proba a apelor uzate conținând nanotuburi de carbon pe agitatorul magnetică în
timpul experimentelor
La diferite intervale de timp am luat cate o monstra si am masurat adsorbanta pentru fiecare
monstra in parte la Spectrofotometrul UV/ Vis.
Cu valorile adsorbanțelor masurate am calculat concentrațiile de apă uzată sintetică folosind
ecuația
y = 0,027 x - 0,012
Table 4.2. Valorile timpului, adsorbanţei şi a concentraţiei
Timp
[min]
Adsorbanță
[u.a.]
Concentrație [g/L]
0 2,1326 79,4296130 2,1264 79,2180 2,1036 78,3555665 0,2345 9,1296725 0,2335 9,09
Fig.4.13. Variaţia concentraţiei în funcţie de timp
S-a obţinut o scădere bruscă a concentraţiei cromului din apa uzat sintetică după ce s-a stabilit T0C
de desfăşurare a experimentului la 70 0C.
Calculul randamentului
Ci = 1.04 mg Cr (VI) / L (concentraţia iniţială)
Table 4.3. Valorile timpului, concentraţiei şi a randamentului
Timp [min] Concentratie[mg/L]
Randament [%]
0 0,794296 23,622130 0,792 23,846180 0,783555 24,6586665 9,1296 91,22725 9,09 91,2526
Fig.4.14. Variaţia randamentului în funcţie de timp
2. Cromul trivalent
Am preparat o soluţie cu concentraţie mare de Cr3 +, prin cântărirea de CrCl2*6H2O folosind
o balanţă analitică cu precizie de 5 zecimale.
Am cântărit 0,66618 g de CrCl3*6H2O folosind sticla de ceas la balnţa analitică. Rezultând
o soluţie verde închis.
Concentraţia iniţială = 0.01M
Masa moleculară a Cr3+Cl3*6H2O = 266,45g / mol
MCr = 52g/ mol
C= 0,01M
V= 250ML
266.45 g Cr 3+Cl3*6H2O ……………………. 52 g Cr
0.666125 g Cr 3+Cl3*6H2O ……………….. x
X = 0.13 g Cr = 130 mg Cr
Într-un balon cotat de 250 ml, am pus pudra de CrCl2* 6H2O , folosind o pâlnie, apoi am
adus la semn cu apă distilată.
După omogenizare, soluția de Cr3+Cl3*6H2O s-au prelevat valoarea diferenţei pentru soluţii cu
concentraţie mai mică decât cea iniţială prin diluare susesivă.
Fig. 4.15. Balonul cotat cu soluţie de CrCl3*6H2O şi apa distilată şi baloanele cotate de 5 mL
Din soluţia stoc am luat cu ajutorul unei pipete
1 ml din soluţia stoc pe care am adaugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn cu
apa distilată
Concentraţia de Cr = 0.0259 g/l Cr(III)
3 mL din soluţia stoc pe care am adaugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn
cu apa distilată
Concentraţia de Cr = 0,0779mg Cr(III)
4 mL din soluţia stoc pe care am adaugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn
cu apă distilată
Concentraţia de Cr = 0,10392mg Cr(III)
Pentru fiecare balon am luat o mostră. Am pus-o în Spectrofotometrul UV / Vis pentru a
măsura adsorbanța.
Table 4.4. Valorile curbei de calibrare
Concentratie g/L Absorbanță
0,0259 0,0329
0,0779 0,1167
0,10392 0,1316
Fig. 4.16.Curba de calibrare
Ecuația obținută din curba de calibrare:
y =0,039*X – 0,008
R² =0,964
Această ecuație o vom folosi pentru a determina concentrația de crom din apele uzate
sintetice .
Am preparat din nou 250 ml de solutie pe care am pus-o într-un balon cotat Erlenmeyer .
Apoi am cântărit la balanță analitică 0.09914 g de nanotuburi de carbon (pulbere neagră).
În acest balon Erlenmeyer am adăugat nanotuburi de carbon cântărit . Am pus această
soluție pe agitator . Am setat agitatorul la 590 rpm.
La diferite intervale de timp am luat cate o monstra si am masurat adsorbanta pentru fiecare
monstra in parte la Spectrofotometrul UV/ Vis.
Cu valorile adsorbanțelor masurate am calculat concentrațiile de apă uzată sintetică folosind
ecuația
y =0,039*X – 0,008
Table 4.5. Valorile timpului, adsorbanţei şi a concentraţiei
Timp
[min]
Adsorbanță
[u.a.]
Concentratie [mg/l]
0 0,857 22.17965 0,1751 4.694165 0,1750 4.6923674 0.1646 4.425687 0.1622 4.364792 0.1577 4.287
Fig. 4.17. Variaţia concentraţiei în funcţie de timp
Calculul randamentului:
Ci =0.666165g Cr (III) /L (concentraţia iniţială)
S-a obţinut o scădere bruscă a concentraţiei cromului din apa uzat sintetică după ce s-a stabilit T0C
de desfăşurare a experimentului la 70 0C.
Table 4.6. Valorile timpului, concentraţiei şi a randamentului
Timp
[min]
Concentratie
[mg/L]
Randament
[ %]
0 22.179 66.81
65 4.694 92.95
162 4.6923 92.954
642 4.4256 93.35
687 4.364 93.44
792 4.287 93.56
Fig. 4.18. Variaţia randamentului în funcţie de timp
Fig.4.19. Iniţial vs final Cr (VI)
Fig.4.20. Iniţial vs final Cr (III)
Eficienţa de epurare cu crom de 93% ceea ce demonstrează ca metoda studiată se poate aplica cu
succes în scopul îndepartării cromului ( Cr6+ , Cr 3+) din apele uzate.
ConcluziiTema de disertaţie aleasă se încadrează în cercetarile actuale în domeniul epurării apelor
deoarecese doreste realizarea unor tehnologii de epurare mult mai eficiente faţă de cele
convenţionale care sa fie aplicate în scopul depoluîrii apelor uzate industriale ce conţin ioni de
crom. Eliminarea ionilor de crom din apele uzate industriale este sustinuta de toxicitatea pe care
acestia o au asupra organismului uman si mediului înconjurator.
Datorită condiţiilor create în laborator (temperature ridicată şi agitarea puternică) sub
influenţa nanotuburilor de carbon s-a obţinut o scădere considerabilă a concentraţiei cromului din
apele uzate.
Rezultatele experimentului susţin aplicarea nanotuburilor de carbon ca material adsorbant
pentru cromul hexavalent şi cromul trivalent din apele uzate.
Eficienţa de îndepărtare a Cr 6+ si Cr 3+ din apa uzată utilizând nanotuburi de carbon a fost de
93.56% şi respectiv 91.25 %. Scăderea concentraţiei de crom s-a observant prin măsurarea
adsorbantului apei uzate la spectofotometrul UV-VIS pe durata efectuării experimentului.
Metoda studiată pentru îndepărtarea cromului (Cr 6+, Cr 3+) din apă cu nanotuburi de carbon
este eficientă deoarece se poate susţine aplicarea ei în cadrul staţiilor de epurare.