Spis treści:
Wstęp ... 9
Część literaturowa ... 11
1.
Procesy adsorpcyjne ... 12
Wstęp ... 12
Adsorpcja jej rodzaje i mechanizm ... 12
Opis termodynamiczny adsorpcji ... 13
1.3.1. Równania izoterm adsorpcji ... 13
1.3.2. Klasyfikacja izotermy adsorpcji ... 18
1.3.3. Kinetyka adsorpcji ... 21
Adsorpcja na granicy ciało stałe – ciecz ... 21
Czynniki wpływające na adsorpcję ... 22
Procesy filtracyjne ... 25
Filtracja membranowa jej rodzaje ... 25
Mechanizm filtracji ... 28
Czynniki określające proces filtracyjny ... 28
Charakterystyka układów koloidalnych ... 29
Struktura układów koloidalnych ... 30
Zjawiska elektrokinetyczne w układach koloidalnych ... 31
Podwójna warstwa elektryczna ... 31
3.3.1. Pojemność różniczkowa warstwy podwójnej ... 35
Materiały wykorzystywane w procesach sorpcyjnych i filtracyjnych ... 36
Nanotechnologia ... 37
Nanomateriały ... 39
Metody preparatyki nanometrycznych proszków ceramicznych ... 39
4.3.1. Metoda współstrąceniowa ... 40
4.3.2. Metoda zol – żel ... 40
4.3.3. Metoda hydrotermalna ... 41
Zastosowanie nanometrycznych proszków ceramicznych ... 41
Wykorzystanie nanometrycznych materiałów w procesach membranowych . 42
Właściwości materiałów stosowanych w procesach sorpcyjnych i
filtracyjnych ... 43
4.6.1. Tlenek tytanu w postaci P25 i P90 ... 43
4.6.3. Tlenek itru Y2O3 ... 44
4.6.4. Tlenek cyrkonu stabilizowany itrem – YSZ ... 44
4.6.5. Tlenek żelaza Fe2O3 w postaci hematytu ... 46
Metale ciężkie ... 47
5.1.1. Kadm ... 47 5.1.2. Ołów ... 51Kwasy humusowe ... 54
Część eksperymentalna ... 58
Cel pracy ... 59
Plan eksperymentu ... 60
Aparatura oraz oprogramowanie ... 60
Odczynniki i stosowane materiały ... 61
Procedura eksperymentu ... 62
Wybór materiałów ... 65
Preparatyka proszków i modyfikacja włókien ... 67
1.5.1. Metoda cytrynianowa ... 67
1.5.2. Metoda amoniakalna ... 67
1.5.3. Domieszkowanie YSZ tlenkami metali ziem rzadkich ... 67
1.5.4. Modyfikacja włókien ... 68
Parametry pomiarowe ... 68
1.6.1. Procesy adsorpcyjne ... 68
1.6.2. Woltamperometria ... 69
1.6.3. Pojemność różniczkowa warstwy podwójnej ... 70
Wyniki eksperymentów i ich dyskusja – procesy adsorpcyjne ... 72
Charakterystyka materiałów ... 72
2.1.1. Powierzchnia właściwa proszków ... 72
2.1.2. Dyfraktometria rentgenowska XRD... 74
2.1.3. Obserwacje mikroskopowe SEM ... 76
2.1.4. Potencjał elektrokinetyczny ... 77
Optymalizacja parametrów pomiarowych ... 79
2.2.1. Zależność natężenia prądu od wielkości schodka potencjałowego Es ... 79
2.2.2. Zależność natężenia prądu piku od amplitudy impulsu ... 80
2.2.3. Zależność natężenia prądu piku od czasu zatężania ... 82
Efektywność adsorpcji jonów metali ciężkich i kwasów humusowych na
nanoproszkach względem czasu prowadzonej adsorpcji ... 83
2.3.1. Metale ciężkie ... 83
2.3.2. Kwasy humusowe ... 84
2.3.3. Wnioski ... 85
Efektywność adsorpcji jonów metali ciężkich i kwasów humusowych
względem masy adsorbentu ... 86
2.4.1. Metale ciężkie ... 86
2.4.2. Kwasy humusowe ... 87
2.4.3. Wnioski ... 88
Efektywność adsorpcji jonów metali ciężkich i kwasów humusowych
względem stężenia adsorbatu ... 89
2.5.1. Metale ciężkie ... 89
2.5.2. Kwasy humusowe ... 90
2.5.3. Wnioski ... 91
Efektywność adsorpcji jonów kadmu ... 92
2.6.1. Efektywność adsorpcji kadmu na proszkach dostępnych komercyjnie ... 92
2.6.2. Efektywność adsorpcji jonów kadmu na syntezowanych materiałach YSZ ... 95
Metoda cytrynianowa ... 96
Metoda amoniakalna ... 98
2.6.3. Wnioski ... 101
Efektywność adsorpcji jonów ołowiu ... 102
2.7.1. Efektywność adsorpcji jonów ołowiu na materiałach dostępnych komercyjnie 102 2.7.2. Efektywność adsorpcji jonów ołowiu na syntezowanych materiałach YSZ ... 105
Metoda cytrynianowa ... 105
Metoda amoniakalna ... 108
2.7.3. Wnioski ... 110
Efektywność adsorpcji kwasów humusowych ... 110
2.8.1. Interpretacja krzywych pojemnościowych ... 111
2.8.2. Efektywność adsorpcji kwasów humusowych na materiałach dostępnych komercyjnie ... 113
2.8.3. Efektywność adsorpcji kwasów humusowych na syntezowanych materiałach YSZ 116 Metoda cytrynianowa ... 116
Metoda amoniakalna ... 119
2.8.4. Wnioski ... 122
Efektywność adsorpcji jonów metali ciężkich w obecności kwasów
humusowych ... 123
2.9.2. Efektywność adsorpcji Cd2+ i Pb2+ w obecności kwasów humusowych na
materiałach dostępnych komercyjnie ... 125
2.9.3. Efektywność adsorpcji Cd2+ i Pb2+ w obecności kwasów humusowych na materiałach syntezowanych metodą amoniakalną ... 128
2.9.4. Wnioski ... 131
Procesy filtracyjne ... 132
Proces filtracji wspierany sorpcją ... 132
Filtracja półtechniczna ... 133
3.2.1. Wstępna filtracja ... 134
3.2.2. Filtracja grawitacyjna ... 135
Wyniki eksperymentów i ich dyskusja – procesy filtracyjne wspierane
adsorpcją ... 136
Filtracja kwasów humusowych ... 137
4.1.1. Filtracja kwasów humusowych na podłożach cyrkonowych niemodyfikowanych 137 4.1.2. Filtracja kwasów humusowych na modyfikowanych podłożach ZrO2 ... 139
4.1.3. Wnioski ... 140
Filtracja metali ciężkich ... 141
4.2.1. Efektywność filtracji jonów kadmu ... 141
4.2.2. Efektywność filtracji jonów kadmu w obecności kwasów humusowych ... 145
4.2.3. Efektywność filtracji jonów ołowiu ... 148
4.2.4. Efektywność filtracji jonów ołowiu w obecności kwasów humusowych ... 151
4.2.5. Wnioski ... 153
Wyniki eksperymentów i ich dyskusja – półtechniczne procesy filtracyjne . 154
Wstępna filtracja ... 154
5.1.1. Charakterystyka wielowarstwowego filtra ... 154
5.1.2. Wpływ filtracji na parametry fizyczne i chemiczne wody ... 156
5.1.3. Analiza biologiczna ... 160
5.1.4. Wnioski. ... 161
Filtracja grawitacyjna ... 161
5.2.1. Wpływ filtracji na parametry fizyczne i chemiczne wody ... 163
5.2.2. Analiza biologiczna ... 166
5.2.3. Analiza powierzchni membran filtracyjnych po filtracji grawitacyjnej ... 166
5.2.4. Wnioski ... 168
