Adsorbant

3.1 Studii de caz

Pentru adsorbanții obținuți din nămoluri industriale, trebuie luați în considerare diverși parametri, cum ar fi pH-ul, doza de adsorbant, concentrația de sorbat și timpul de contact, care pot influența semnificativ eficiența procesului. Decontaminarea apei cu ajutorul acestor materiale a fost studiată pe larg și raportată în literatura de specialitate (Devi și Saroha, 2016). În această secțiune, sunt discutate doar studiile de caz privind utilizarea nămolurilor din diverse industrii care compară diferite tipuri de nămoluri industriale pentru același contaminant. Informații detaliate privind tehnicile experimentale și rezultatele pot fi găsite în fiecare sursă conexă din lista de referințe.

Pb, Cd și Cr sunt principalele metale grele derivate din activitățile industriale care apar în concentrații ridicate în apele reziduale. Pb, în special, este extrem de periculos, deoarece tinde să se bioacumuleze în lanțul alimentar, chiar și în concentrații mici.

Martín et al. (2005) au investigat utilizarea nămolului de furnal pentru îndepărtarea Pb, zincului (Zn) și Cd din soluții apoase poluate. Nămolul de furnal, compus din oxizi de fier și cocs, este un subprodus al industriei siderurgice. Acești autori au raportat o suprafață specifică de 27,4 m2/g pentru aceste nămoluri, precum și o afinitate mai mare pentru Pb. De fapt, adsorbția Pb a variat de la 64,2-79,9 mg/g, crescând odată cu creșterea temperaturii de la 20°C la 80°C, la fel ca și adsorbția Zn și Cd, de la 4,23 la 9,16 mg/g, respectiv de la 6,74 și 10,2 mg/g. În plus, ei au constatat că nămolul de furnal a adsorbit cantități mai mari de metale decât zgura de laminare, un produs secundar al aceleiași industrii siderurgice.

O eficiență similară în adsorbția Pb a fost raportată din utilizarea nămolului clarificat ca adsorbant cu costuri reduse (Naiya et al., 2009), provenit din îngroșatorul de nămol al cuptorului cu oxigen de bază în producția de oțel. În acest caz, deși suprafața specifică a fost de aproximativ 78,5 m2/g, care este mai mare decât cea raportată de Martín et al. (2005), capacitatea de adsorbție de aproximativ 92,5 mg/g a fost similară. În condiții optime (și anume, o valoare a pH-ului de 5, un nivel de dozare a adsorbantului de 5 g/L și 1 h de timp de contact), procentul de eliminare a Pb a scăzut odată cu creșterea temperaturii de la 30°C la 50°C.

Nămolul roșu este un alt subprodus industrial larg răspândit, utilizat frecvent ca adsorbant pentru tratarea apei. Acest reziduu solid provine din digestia de bază a minereului de bauxită în timpul producției de alumină (Bhatnagar et al., 2011). Datorită proprietăților sale puternic bazice, noroiul roșu este adesea utilizat pentru adsorbția metalelor, inclusiv Pb, Cr, Cd și Zn. Santona et al. (2006) au investigat capacitățile de adsorbție a Pb, Cd și Zn cu nămol roșu netratat și tratat cu acid. Tratamentul acid a fost efectuat cu HCl, urmat de spălare cu apă distilată. Valorile suprafeței specifice obținute cu nămolul roșu netratat și tratat cu acid au fost de 18,9 m2/g și, respectiv, 25,2 m2/g. Cu toate acestea, cantitatea de metale adsorbită de noroiul roșu netratat a fost mai mare decât cea adsorbită de noroiul roșu tratat. Pentru ambii adsorbanți, Zn a fost îndepărtat mai eficient decât Pb și Cd.

Aplicarea de tratamente suplimentare la nămolul roșu a influențat foarte mult suprafața. Cea mai mare SBET, 28,0 m2/g, a fost obținută după activarea cu HCl plus încălzirea la 600°C. Valoarea SBET doar cu activarea cu HCl a fost de 20,7 m2/g, în timp ce cea mai mică valoare, 14,2 m2/g, a fost obținută în cazul nămolului roșu spălat doar cu apă. Din nou, suprafața crescută nu a reflectat capacitățile de adsorbție ale adsorbanților, deoarece adsorbția maximă a fost atinsă cu nămolul roșu netratat pentru toate cele trei metale investigate, Pb, Cu și Cr (Apak et al., 1998).

Un tratament al nămolului roșu cu H2O2 și aer a părut să producă un ISBA eficient, atât în ceea ce privește adsorbția (64,8 mg/g pentru Pb și 35,7 mg/g pentru Cr), cât și suprafața specifică (108 m2/g) (Gupta et al., 2001). Nămolul roșu a fost utilizat, de asemenea, pentru a elimina alte metale grele, cum ar fi ionii de Zn, din soluția apoasă (Sahu et al., 2011). Prin tratarea nămolului roșu neutralizat prin sechestrarea CO2 și calcinarea la 500°C s-a obținut o capacitate maximă de adsorbție de 14,9 mg/g, ceea ce corespunde unei capacități de eliminare a Zn de 96%. Autorii au evidențiat faptul că această metodă de activare a îmbunătățit SBET, ajungând la 68,2 m2/g, ceea ce reprezintă aproximativ dublul valorii suprafeței de suprafață a nămolului roșu netratat (31,7 m2/g). Deși valorile suprafeței specifice au fost mai mari decât cele constatate în studiile anterioare privind noroiul roșu, capacitatea de adsorbție a Zn a fost mai mică decât cea a Pb.

Valori scăzute de adsorbție a Zn, în intervalul de 7 mg/g, au fost, de asemenea, constatate de Mishra et al. (2013) atunci când au utilizat ca adsorbant un nămol uscat de deșeuri de oțelărie. Deși valoarea SBET (medie de 7,5 m2/g) a fost mult mai mică decât cea găsită de Martín et al. (2005), capacitățile de adsorbție au fost comparabile.

ISBA sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă pentru îndepărtarea coloranților din soluții poluate. Numeroase studii privind adsorbția coloranților au fost efectuate atât cu ISBA-uri anorganice cât și organice. Cu toate acestea, rezultatele arată că adsorbanții industriali organici sunt mai eficienți decât adsorbanții anorganici pentru îndepărtarea coloranților bazici sau acizi (Bhatnagar și Jain, 2005; Jain et al., 2003).

Dintre deșeurile industriale examinate de Jain et al. (2003), nămolul obținut din industria îngrășămintelor a fost mai potrivit pentru îndepărtarea coloranților bazici, cum ar fi crisoidina G, cristal violet și albastru de meldola, decât cele provenite din uzinele siderurgice (adică zgură de furnal, praf și nămol). Toate aceste deșeuri au fost activate pe baza unor tratamente similare. Toți adsorbanții au prezentat o tendință de adsorbție similară pentru fiecare colorant, dar cea mai bună afinitate a fost pentru albastru de meldola. Absorbția maximă pentru acest colorant a fost de 170 mg/g pe adsorbanții carbonați, de 67 mg/g pe nămolul de furnal, de 34 mg/g pe praful de furnal și de 3,7 mg/g pe zgura de furnal. În plus, aceste valori au urmat exact tendința descrescătoare a suprafeței adsorbantelor (adică 380, 28, 13 și, respectiv, 4 m2/g).

Tinctantul poate fi eliminat și cu ajutorul nămolurilor provenite din fabricarea hârtiei și a celulozei. Principalul avantaj al acestui tip de adsorbant este conținutul ridicat de materie organică și producția sa în cantități mari de către industria hârtiei (Jaria et al., 2017). Deși aceste nămoluri pot conține substanțe toxice și aditivi chimici și, prin urmare, necesită tratament și activare, reutilizarea lor ca adsorbant cu costuri reduse pare foarte eficientă.

După tratamentul de activare, acest adsorbant carbonat a eliminat mai eficient colorantul cationic (albastru de metilen, 263 mg/g), decât colorantul anionic (roșu reactiv, 34,3 mg/g) din soluția apoasă (Li et al., 2011). În plus, suprafața specifică a acestui adsorbant (în medie 135 m2/g) obținută după carbonizare la temperaturi scăzute și în urma activării fizice cu abur a fost de aproximativ cinci ori mai mare decât cea a nămolului brut (25 m2/g). Nasr et al. (2017) au arătat că activarea chimică cu carbonat de potasiu (K2CO3), urmată de activarea fizică cu abur, a unui nămol de hârtie utilizat ca precursor brut pentru prepararea adsorbantului cu costuri reduse, a obținut niveluri ridicate de eliminare a colorantului albastru de metilen din soluții apoase. În condiții optime, capacitatea maximă de adsorbție a fost de 260 mg/g. Acest lucru a reflectat dezvoltarea structurilor de pori obținute la o temperatură de activare de 900°C, care a contribuit la o suprafață specifică de 908 m2/g, de aproximativ 56 de ori mai mare decât cea a nămolului de hârtie brut. Bhatnagar et al. (2007) au constatat că coloranții anionici sunt eliminați în cantități mai mici decât coloranții cationici de către adsorbanții din nămolul de moară de hârtie. Aceste rezultate au indicat că, chiar și după activarea fizică cu aer (la 500°C), capacitatea de adsorbție a colorantului portocaliu G a fost de numai 62,3 mg/g. Cu toate acestea, eficacitatea nămolului de moară de hârtie în eliminarea coloranților anionici a fost ușor mai mică decât cea a cărbunilor activi comerciali. Prin urmare, având în vedere costul său scăzut, nămolul de moară de hârtie poate fi considerat în continuare un adsorbant eficient pentru îndepărtarea coloranților din apă.

În concluzie, adsorbția poluanților în cazul ISBA-urilor depinde de mai mulți factori legați de materialul precursor, precum și de diverși parametri privind metoda de preparare. Acești factori trebuie să fie studiați pentru a obține o decontaminare cât mai eficientă a apei.

.