V un VI grupas metaloīdu sorbcijas izpēte uz modificētiem biomateriālu sorbentiem

Abstract

Promocijas darbā veikta augstas pievienotās vērtības sorbentu izstrāde, izmantojot vienu no Latvijas nozīmīgākajiem vietējiem derīgajiem izrakteņiem, un pētītas to izmantošanas iespējas. Promocijas darbā sintezēti sorbenti, kuru pamatā ir biomateriāli, kas modificēti ar dzelzs savienojumiem. Izvērtētas kūdras kā sorbenta izmantošanas iespējas, kā arī pētītas kūdras modificēšanas metodes un to ietekme uz sorbcijas kapacitāti. Bez kūdras izmantoti arī tādi materiāli kā sūnas, skaidas, salmi, niedres, humīnskābes un salīdzinājumam arī smiltis, kas arī modificēti ar dzelzs savienojumiem. Sintezētie sorbenti raksturoti, izmantojot skenējošo elektronmikroskopiju (SEM), Furjē tanformācijas infrasarkanos spektrus (FT-IS), kā arī noteikts to īpatnējās virsmas laukums, mitruma, organisko vielu un Fe2O3 saturs, elementsastāvs, un nulles lādiņa punkts. Pētīta metaloīdu (As(III), As(V), As(org.), Sb(III), Sb(V), Te(IV) un Te(VI)) sorbcija uz sintezētajiem sorbentiem. Metaloīdu koncentrācijas pirms un pēc sorbcijas noteiktas, izmantojot atomu absorbcijas spektrometriju vai induktīvi saistītās plazmas masspektrometriju. Pētīta arī metaloīdu sorbcija atkarībā no dažādu fizikālķīmisko parametru – pH, jonu spēka, traucējošo jonu, temperatūras ietekmes, kā arī sorbcijas kinētika. Iegūtie rezultāti liecina, ka metaloīdu sorbcija uz neapstrādātas kūdras praktiski nenotiek taču pētījumā sintezētie sorbenti uz kūdras bāzes ir izmantojami As, Sb un Te savienojumu saistīšanai, jo materiālu modificēšana ar dzelzs savienojumiem būtiski palielina sorbentu sorbcijas kapacitāti. Metaloīdu saistīšanai visefektīvākais sorbents ir ar dzelzs savienojumiem modificēta kūdra, taču efektīvi izmantojami ir arī ar dzelzs savienojumiem modificētas sūnas un ar dzelzs savienojumiem modificētas skaidas. Šķīduma pH būtiski ietekmē As(V) un Sb sorbciju uz biomateriālu sorbentiem, kas modificēti ar dzelzs savienojumiem. Citu jonu, kā arī humīnskābju klātbūtne ietekmē metaloīdu sorbciju uz kūdras sorbenta, kas modificēts ar dzelzs savienojumiem. Termodinamiskie parametri norāda, ka metaloīdu sorbcija uz kūdras, kas modificēta ar dzelzs savienojumiem, ir spontāna un endotermiska, un process ir enerģētiski izdevīgāks augstākās temperatūrās. Metaloīdu saistīšanās pie kūdras, kas modificēta ar dzelzs savienojumiem, galvenokārt notiek saskaņā ar fizikālās sorbcijas mehānismu.

In the PhD thesis the development of high value-added sorbent has been performed using peat, one of the most significant mineral resources in Latvia. In the PhD thesis synthesis of biomaterial based sorbents that is modified with iron compounds has performed. Moreover, potential use of application of peat has been investigated. Moss modified with iron compounds, as well as straw, reed, saw dust modified with Fe compounds, humic substances and also sand modified with Fe compounds was used for comparison. Characterisation of sorbents was done using the Fourier transformation infrared (FT-IR) spectra, scanning electron microscopy (SEM), specific surface area measurements as well as analysis of moisture content, organic substances content, point of zero charge and Fe2O3. Metalloid (As(III), As(V), As(org.), Sb(III), Sb(V), Te(IV) and Te(VI)) sorption onto synthesized sorbents were investigated. A concentration of metalloid before and after sorption was analysed using atomic absorption spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry. Influence of different physicochemical parameter such as pH, ionic strength, competing ions, and temperature as well as sorption kinetics on metalloid sorption was investigated. Obtained results indicate that modification of materials with Fe compounds significantly enhance the sorption capacity of the sorbents used for sorption of arsenic, antimony and tellurium. Peat modified with iron compounds is the best sorbent applicable for removal of metalloids (As, Sb, Te) whereas moss modified with iron compounds and saw dust modified with iron compounds are sorbents that also can effectively sorb all studied metalloids. The sorption ability of studied sorbents sorbing As(V) and Sb is affected by pH of a solution. Competing ions as well as HA affect sorption of metalloids on peat modified with iron compounds. Calculated thermodynamic parameters suggest that the sorption process of metalloids onto peat modified with iron compounds is of a spontaneous nature and it is an endothermic reaction. Moreover, it indicates more efficient sorption at a higher temperature. Sorption of metalloids on peat modified with iron compounds mainly occurs relying on mechanisms of physical sorption processes.