Využití biocharu a jeho modifikací k odstraňování kovů a metaloidů z vody

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Využití biocharu a jeho modifikací k odstraňování kovů a metaloidů z vody"

Hana Vítková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Využití biocharu a jeho modifikací k odstraňování kovů a metaloidů z vody Lukáš TRAKAL trakal@fzp.czu.cz 1

2 Biochar jako sorbent Tan et al. (2015) Hnojivo Biomasa Biochar Sorpce Biopaliva + E Pyrolyzovaný organický materiál připravený termální dekompozicí bez přístupu kyslíku 2

3 Sorpční mechanizmy kovů I. Iontová výměna Tan et al. (2015) II. Elektrostatická atrakce VI. Ostatní Ionty vyměnitelné za kovy (Ca 2+, K +, Mg 2+, Na + ) Kovové ionty Kovy na povrchu Biocharu Minerální komponenty (CO 2-3, PO 3-4, ) III. Povrchová komplexace IV. Fyzikální sorpce V. Koprecipitace 50 mm 3

4 Hypotézy? Pouze určité biochary budou vhodné pro účely odstraňování kovů z vody? Sledované biochary budou mít odlišné vlastnosti stejně tak i různé sorpční mechanizmy? Magnetická modifikace zkoumaných biocharů zvýší jejich sorpční účinnost resp. ovlivní sledované sorpční mechanizmy 4

5 Použitá biomasa Třapiny z vína (GS) Odpad z vína (GH) Pecky (PS) Skořápky (NS) Sláma (WS) 5

6 Příprava biocharů Pomalá pyrolýza při 600 C v muflové peci Konstantní přítok dusíku 16.7 ml min -1 Atmosférický tlak Doba zdržení 30 min Pomalé chlazení přes noc Rozmělnění, homogenizace, přesetí (< 0.5 mm), promytí destilovanou vodou a následné sušení při 60 C 6

7 Magnetická modifikace biocharů 10M NaOH Mohan et al. (2015) Biochar H 2 O Suspenze (A) A + B Mixování A + B při ph 10 Zrání 24 hodin Promytí vodou a etanolem Sušení při 60 C Biochar Fe-oxid FeSO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe-roztok (B) Magnetický biochar s Cd 2+ /Pb 2+ Stripování Cd 2+ /Pb 2+ a recyklace Magnetická separace Znovu použitelný magnetický biochar Vyčištěný roztok Sorpce Cd 2+ /Pb 2+ na magnetický biochar Recyklace magnetického biocharu 7

8 Geochemické a spektroskopické analýzy Materiálové složení (biomasa a biochar) CHNS-O (biomasa a biochar) BET povrch (biochar a magnetický biochar před sorpcí) XRF (mineralogické složení popele biomasy) SEM-EDX (biochar a magnetický biochar před a po sorpcí) FTIR (biomasa a biochar před a po sorpci) XPS (biochar a magnetický biochar po sorpci) XRD (biochar a magnetický biochar před a po sorpci) ICP-OES ph, CEC, ph zpc 8

9 Vsádkové experimenty Roztok kovů (c = mm; ph = ) Analýza (ICP-OES) Suspenze (dávka BC g L -1 ) Třepaní při 250 rpm (1 48 hodin) Centrifugace (10 min) Filtrování (0.45 mm nylonový filtr) Analýza (ICP-OES) Biochar (BC) Analýza (ICP-OES) Třepaní při 250 rpm (24 hodin) Suspenze Desorpční roztoky 0.01 M NaNO M CaCl M HNO 3 Desorpce Kovy 9

10 Jednotlivé cíle Porovnání účinnosti a mechanizmů sorpce Cd a Pb u různých vzorků biocharu Použití magnetické modifikace ke zvýšení sorpční účinnosti Cd a Pb testovaných vzorků biocharu 10

11 Vlastnosti biomasy PS GH GS NS WS 11

12 Vlastnosti biocharů 50mm 50mm 20mm 20mm 50mm NSBC WSBC GSBC GHBC PSBC 12

13 Porovnání účinnosti a mechanizmů sorpce Třapiny z vína (GSBC) Skořápky (NSBC) 13

14 Sorpční mechanizmy Pb na GSBC NSBC 1000 C O Pb (5.14 %) EDX Pb (mmol kg -1 ) NSBC GSBC Langmuir_NSBC Langmuir_GSBC s max = 150 mmol kg kev C O Na P K Ca EDX c 0 (mm) Pb (0.44 %) kev BET (m 2 g -1 ) Třapiny z vína (GSBC) ph (-) CEC (mmol kg -1 ) BET (m 2 g -1 ) Skořápky (NSBC) ph (-) CEC (mmol kg -1 )

15 Sorpční mechanizmy Pb na GSBC NSBC GSBC Chemisorpce na povrchu i uvnitř (kationtová výměna a chelatace) FTIR XPS NSBC Fyzikální sorpce pouze na povrchu (slabá p-vazba) Desorbed amount (%) Desorpce Pb NSBC GSBC M NaNO M CaCl M HNO 3 15

16 Jednotlivé cíle Porovnání účinnosti a mechanizmů sorpce Cd a Pb u různých vzorků biocharu Použití magnetické modifikace ke zvýšení sorpční účinnosti Cd a Pb testovaných vzorků biocharu 16

17 Vlastnosti magnetických biocharů 30 % Fe 15 % Fe 17

18 (De)sorpce magnetických biocharů 18

19 Výsledný efekt magnetické modifikace 19

20 Závěry Sorpční účinnost kovů je minimálně ovlivněna strukturou povrchu (BET) biocharů, ale je silně závislá na ph zkoumaných sorbentů Klíčovým sorpčním mechanizmem je iontová výměna, kde je tento mechanizmus reprezentován silnou vazbou kovů (minimální desorpce) na povrch i do struktury biocharu Magnetická modifikace zlepšila sorpci kovů pouze u biocharů s dobře vyvinutou strukturou Přítomnost Fe oxidů zvýšila podíl iontové výměny jako sorpčního mechanizmu na celkové sorpci kovů, což je reflektováno snížením desorpce 20

21 Děkuji za pozornost TRAKAL L., BINGÖL D., POHOŘELÝ M., HRUŠKA M., KOMÁREK M., (2014): Geochemical and spectroscopic investigations of Cd and Pb sorption mechanisms on contrasting biochars: engineering implications. Bioresource Technology 171, TRAKAL L., VESELSKÁ, V., ŠAFAŘÍK, I., VÍTKOVÁ, M., ČÍHALOVÁ, S., KOMÁREK, M. (2016): Lead and cadmium sorption mechanisms on magnetically modified biochars. Bioresource Technology 203,

Podobné dokumenty

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: tercie. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák: Průřezová témata

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vyučovací předmět: Chemie Třída: tercie Očekávané výstupy Uvede příklady chemického děje a čím se zabývá chemie Rozliší tělesa a látky Rozpozná na příkladech fyzikální