Магнітні нанокомпозиційні сорбенти на мінеральній основі для очищення стічних вод

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorМакарчук, Оксана Володимирівна
dc.date.accessioned2018-11-20T12:29:55Z
dc.date.available2018-11-20T12:29:55Z
dc.date.issued2018
dc.description.abstractenThesis for scientific degree of Candidate of Technical Sciences by specialty 05.17.21 – Technology of water purification. National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2018. The dissertation is devoted to the creation of magnetic nanocomposite sorbents on mineral base (saponite, palygorskite and spondyle clay) for wastewater purifying from pollutants of different genesis (dyes, surfactants and polyphosphates). In the work, the principles of the creation of magnetic nanocomposite sorbents on mineral base are theoretically grounded. The X-ray phase analysis of MC confirmed the stability of the mineral bases and magnetic modifier in the composition of sorbents. According to the results of X-ray diffraction analysis the crystallites size of Fe3O4 nanoparticles in MC is in the range of 2-10 nm. Comparative analysis of МС samples containing Fe3O4 in amount of 2-7% indicates an increase of specific surface area due to the development of mesoporous structure caused by the formation of nanosized layer of magnetic modifier on the surface of pores of clay matrix. It is shown that the synthesis of magnetic nanocomposites on mineral base by impregnation method allows to obtain mesoporous sorbents with predominant mesopore diameter of 4-5 nm. For synthesized MC samples, clay minerals and magnetite the main magnetic characteristics such as specific magnetization of saturation, coercivity and residual induction were investigated. On the basis of comparison of the sizes of magnetite crystallites in the MС and the values of their coercivity and specific magnetization of saturation, the following regularities were established. First, the crystallines of magnetite in the size of no more than 3 nm had a zero value of the coercive force. Secondly, for Fe3O4 with crystallite size not more than 10 nm, the increase of specific magnetization of saturation and coercivity proportionally depended on the size of crystallites. Third, the magnetite, which was characterized by the size of crystallites 17-18 nm, had a high value of specific magnetization at too low coercivity and magnetic induction. The established regularities are explained by the change in the mechanism of magnetization from the reorientation of magnetic moments (single domain state) to the displacement of the domain walls (polydomain state), which occurs approximately at the size of crystallites of 10 nm, and by the presence of magnetite particles in the size less than 3 nm in a superparamagnetic state. Therefore, magnetic modifier stabilized on mineral matrix was obtained in the form of nanoscale single-domain particles. Investigation of MC by the Mossbauer spectroscopy method has shown that, in contrast to the spectra of clay minerals, in the MC spectra the intense expanded sextets, that are characteristic for nanosized magnetite with a particle size of not more than 10 nm, and the doublets inherent to magnetite particles in a superparamagnetic state were indicated. An increase in the intensity of sexettes and a decrease in the intensity of doublets at increasing the particle size and magnetite crystallites was found. Thus, it was confirmed that magnetite was stabilized on a clay mineral in the form of singledomain particles (5-10 nm in size) and particles with superparamagnetic properties whose contribution decreases with increasing Fe3O4 content in the composite. It was established, that adsorption processes using synthesized magnetic nanocomposite sorbents compared with their separate phases are accompanied by a synergistic effect. Mathematical modeling of adsorption of pollutants of different genesis on MC and native clays using Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevych models has shown that the adsorption of cationic dye is reliably described by the Langmuir adsorption equation (R2 ≈ 1), the removing of anionic surfactants and dyes occurs in accordance with the Langmuir and Temkin adsorption models (R2> 0,9), and the adsorption of polyphosphates is most correctly agreed with the models of Langmuir and Friedlich isotherms (R2> 0,9). The experimental data of adsorption of dyes, surfactants and polyphosphates were analyzed in accordance with mathematical kinetic models of the pseudo-first and pseudo-second order and the Boyd-Adamson diffusion models. Since the determination coefficient for the pseudo-second order model in all cases was R2 ≈ 1, this mathematical model most accurately describes the adsorption process of pollutants of different genesis on the MC. It was found that the limiting stage of adsorption of dyes, surfactants and polyphosphates is the intermolecular interaction between sorbent and pollutant with significant influence of the phenomenon of film diffusion on adsorption rate. The thermodynamic parameters ΔG0 (from -1 kJ/mol to -4 kJ/mol) and ΔН0 (-(15-23) kJ/mol) indicated the physical and exotherm nature of adsorption on MC. An increase of negative value of entropy change ΔS0 by modulus at least in 3 times for MC compared with clays confirmed the higher energy of electrostatic interaction between magnetic nanocomposites with polytutans of different genesis. The permissible value of the index of suspended substances of 300 mg/dm3. when applied all examined MC was reached in the first 5 minutes of magnetic separation. The separation of spent sorbents by magnetic separation provided a reduction in the moisture content of sludge about 4,5 times. Based on the obtained data, the design of the magnetic settler and the algorithm for calculating its technical characteristics are proposed. The scheme of sorption purification of industrial wastewater with the use of magnetic nanocomposites is developed. A technologically efficient, economically profitable and environmentally safe way of disposal of spent magnetic nanocomposites in the form of ceramic bricks or clinker mineral additives for concrete is proposed. Magnetic nanocomposites were also tested in conditions close to industrial applications. The economic expediency of using of magnetic nanocomposite sorbents for wastewater treatment is substantiated. Prospects of use of magnetic nanocomposites for regeneration of waste oils and cleaning of biodiesel fuel are proven. It is revealed, that the modification of MC by nanosized MoS2 gives them additional photocatalytic properties and improves the sorption properties of nanocomposites.uk
dc.description.abstractruДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.21 – технология водоочистки. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», Киев, 2018. Диссертация посвящена созданию магнитных нанокомпозицийних сорбентов на минеральной основе (сапонит, палыгорскит, спондилова глина) для очистки сточных вод от загрязнителей различного генезиса (красителей, ПАВ и полифосфатов). В работе теоретически обоснованы принципы создания магнитных нанокомпозицийних сорбентов на минеральной основе. Показано, что синтез магнитных нанокомпозицийних сорбентов на минеральной основе методом пропитки позволяет получить мезопористые сорбционные материалы с бимодальным распределением пор (4-5 нм і 12-13 нм), в которых магнитный модификатор находится в нанодиапазони (5-10 нм) и в виде однодомених частиц с суперпарамагнитная свойствами. Установлено, что течение сорбционных процессов с использованием магнитных нанокомпозицийних сорбентов сопровождается синергетическим эффектом по сравнению с отдельными его фазами. Установлен механизм адсорбции красителей, ПАВ и полифосфатов МС, который свидетельствует о физической природе адсорбции указанных поллютантов и лимитирование на стадии межмолекулярного взаимодействия сорбент-сорбат. Показано, что магнитная сепарация обеспечивает эффективное отделение отработанного сорбента от очищенной воды. Разработана принципиальная схема сорбционной очистки промышленных сточных вод с использованием магнитных нанокомпозитов. Предложено технологически эффективный, экономически выгодный и экологически безопасный способ утилизации отработанных магнитных нанокомпозитов. Обоснованно экономическую целесообразность использования магнитных нанокомпозицийних сорбентов для очистки сточных вод.uk
dc.description.abstractukДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21 – технологія водоочищення. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2018. Дисертацію присвячено створенню магнітних нанокомпозиційних сорбентів на мінеральній основі (сапоніт, палигорськіт, спонділова глина) для очищення стічних вод від полютантів різного генезису (барвників, ПАР та поліфосфатів). В роботі теоретично обґрунтовано принципи створення магнітних нанокомпозиційних сорбентів на мінеральній основі. Показано, що синтез магнітних нанокомпозиційних сорбентів на мінеральній основі методом просочення дозволяє отримати мезопористі сорбційні матеріали з бімодальним розподіленням пор (4-5 нм і 12-13 нм), в яких магнітний модифікатор знаходиться в нанодиапазоні (5-10 нм) та у вигляді однодомених частинок із суперпарамагнітними властивостями. Виявлено, що перебіг сорбційних процесів з використанням магнітних нанокомпозиційних сорбентів супроводжується синергетичним ефектом у порівнянні з окремими його фазами. Встановлено механізм адсорбції барвників, ПАР та поліфосфатів на МС, який свідчить про фізичну природу адсорбції вказаних полютантів і лімітування на стадії міжмолекулярної взаємодії сорбент-сорбат. Показано, що магнітна сепарація забезпечує ефективне відділення відпрацьованого сорбенту від очищеної води. Розроблено принципову схему сорбційного очищення промислових стічних вод з використанням магнітних нанокомпозитів. Запропоновано технологічно ефективний, економічно вигідний та екологічно безпечний спосіб утилізації відпрацьованих магнітних нанокомпозитів. Обґрунтовано економічну доцільність використання магнітних нанокомпозиційних сорбентів для очищення стічних вод.uk
dc.format.page24 с.uk
dc.identifier.citationМакарчук, О. В. Магнітні нанокомпозиційні сорбенти на мінеральній основі для очищення стічних вод : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.17.21 – технологія водоочищення / Макарчук Оксана Володимирівна. – Київ, 2018. – 24 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/25129
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectстічні водиuk
dc.subjectмагнітні нанокомпозитиuk
dc.subjectсинергетичний ефектuk
dc.subjectматематичне моделюванняuk
dc.subjectадсорбціяuk
dc.subjectмагнітна сепараціяuk
dc.subjectмагнітний відстійникuk
dc.subjectwastewateruk
dc.subjectmagnetic nanocompositesuk
dc.subjectsynergistic effectuk
dc.subjectmathematical modelinguk
dc.subjectadsorptionuk
dc.subjectmagnetic separationuk
dc.subjectmagnetic settleruk
dc.subjectсточные водыuk
dc.subjectмагнитные нанокомпозитыuk
dc.subjectсинергетический эффектuk
dc.subjectматематическое моделированиеuk
dc.subjectадсорбцияuk
dc.subjectмагнитная сепарацияuk
dc.subjectмагнитный отстойникuk
dc.subject.udc628.3:[661.183.1+661.183.364]-026.662](043.3)uk
dc.titleМагнітні нанокомпозиційні сорбенти на мінеральній основі для очищення стічних водuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Makarchuk_aref.pdf
Розмір:
822.12 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (ТНР,ВтаЗХТ)
Автореферати (вільний доступ)