Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12069
Title: Ενεργοποίηση του υπερθειικού άλατος με χρήση ερυθράς ιλύος για την επεξεργασία μικρορύπων στο νερό
Other Titles: Use of red mud for the activation of sodium persulfate for water treatment
Authors: Ματθαίου, Βασιλική
Keywords: Ερυθρά ιλύς
Προηγμένες διεργασίες
Keywords (translated): Red mud
AOPs
Abstract: Η ερυθρά ιλύς παράγεται κατά την διαδικασία παραγωγής αλούμινας από τον βωξίτη μέσω της διεργασίας Bayer. Είναι το παραπροϊόν της διεργασίας και απορρίπτεται. Στην Ελλάδα ετησίως παράγονται 700,000 t. Λόγω του μεγάλου παραγόμενου όγκου αλλά και του υψηλού pH της ερυθράς ιλύος υπάρχουν περιβαλλοντικές επιπτώσεις κατά την από-θεσή της και γι’ αυτό αναζητούνται τρόποι αξιοποίησής της. Η μόνη βιομηχανία παραγω-γής αλούμινας στην Ελλάδα είναι το «Αλουμίνιο της Ελλάδας» όπου μέρος της ποσότητας της ερυθράς ιλύος που παράγεται εναποτίθετο στη θάλασσα και πιο συγκεκριμένα στον κόλπο της Αντίκυρας στον Κορινθιακό στο παρελθόν. Τώρα η απόθεσή της γίνεται στην στεριά. Επιπλέον, η συνεχώς αυξανόμενη κατανάλωση φαρμακευτικών ουσιών τις τελευταίες δεκαετίες και η αλόγιστη απόρριψη τους στο περιβάλλον καθώς και η αναποτελεσματικό-τητα των ήδη γνωστών βιολογικών μεθόδων για πλήρη αποδόμηση τους, οδήγησε στην ανάγκη αναζήτησης νέας γενιάς τεχνολογιών, αποτελεσματικότερων και συγχρόνως φιλι-κών στο περιβάλλον. Οι προηγμένες διεργασίες οξείδωσης (Advanced Oxidation Processes, AOPs) έχουν εφαρμοστεί την τελευταία δεκαετία στο τομέα της επεξεργασίας του νερού και υγρών αποβλήτων και πιο συγκεκριμένα στην απομάκρυνση των φαρμακευτικών ου-σιών με επιτυχή αποτελέσματα. Ανάμεσα στις διεργασίες αυτές είναι και η διεργασία Fen-ton η οποία αναφέρεται στο μείγμα υπεροξειδίου του υδρογόνου και αλάτων σιδήρου σαν καταλύτης. Λόγω της πλούσιας σύστασης της ερυθράς ιλύος σε οξείδια σιδήρου, αργιλίου και τιτανίου, είναι ιδανική υποψήφιος α) ως πηγή σιδήρου για αντιδράσεις τύπου Fenton σε σκοτάδι ή υπό ηλιακή ακτινοβολία, β) ως κροκιδωτικό και γ) ως πηγή τιτάνιας για αντι-δράσεις ετερογενούς φωτοκατάλυσης. Το υπερθειικό άλας (sodium persulphate, SPS) παρουσιάζει ενδιαφέρον ως μια πολλά υποσχόμενη πηγή δραστικών θειικών ριζών, λόγω του μετρίου κόστους του και του υψη-λού δυναμικού οξειδοαναγωγής των θειικών ριζών (2.6V που είναι συγκρίσιμη τιμή με αυ-τή των ριζών υδροξυλίου). Η μετατροπή του SPS σε θειικές ρίζες δεν συμβαίνει αυθόρμητα αλλά μπορεί να καταλυθεί από υψηλές θερμοκρασίες, αλκαλικό περιβάλλον αλλά και μέ-ταλλα μετάπτωσης. Στην παρούσα εργασία μελετάται η πιθανή αξιοποίηση της ερυθράς ιλύος ως καταλύ-της για την ενεργοποίηση του υπερθειικού άλατος προς θειικές ρίζες λόγω του υψηλού περιεχομένου της σε σίδηρο και άλλα μέταλλα για την διάσπαση παραβενίων στο νερό. Το προπυλ-παραβένιο που επιλέχθηκε ως πρότυπος μικρορύπος εμφανίζεται ως φυσική ου-σία σε πολλά φυτά και σε μερικά έντομα αν και παρασκευάζεται και συνθετικά για χρήση σε καλλυντικά, φαρμακευτικά προϊόντα αλλά και τρόφιμα. Η ερυθρά ιλύς που χρησιμο-ποιήθηκε λαμβάνεται από την Aluminum Hellas S.A. και ξηραίνεται στους 100°C. Πιο συ-γκεκριμένα ερευνώνται διαφορετικοί τρόποι για την προ-επεξεργασία της ερυθράς ιλύος (υδροθερμική μέθοδος, προσθήκη οξέος αλλά και πύρωση σε διαφορετικές θερμοκρασί-ες). Παράλληλα μελετώνται οι παράμετροι που επιδρούν στην οξείδωση του παραβενίου όπως η συγκέντρωση της ερυθράς ιλύος, η συγκέντρωση του παραβενίου, το pH, η συ-γκέντρωση υπερθειικών αλάτων, ενώ πραγματοποιούνται πειράματα σε διαφορετικές υ-δατικές μήτρες (υπερκάθαρο νερό, πόσιμο νερό καθώς και δευτεροβάθμια εκροή). Μελε-τάται επίσης και η επαναχρησιμοποίησή της σαν καταλύτης. Τέλος, μελετήθηκε η χρήση πέντε άλλων καταλυτών που συντέθηκαν από την επεξερ-γασία μεταλλευτικών και μεταλλουργικών αποβλήτων από το Department of Chemical and Environmental Engineering, University of Oviedo (Dr. Paula Oulego Blanco). Πραγμα-τοποιήθηκαν πειράματα για την επιλογή της πιο αποδοτικής συγκέντρωσης οξειδωτικού και καταλύτη για την αποδόμηση του ίδιου μικρορύπου (προπυλ-παραβένιο). Επιπλέον διερευνήθηκαν και άλλοι παράγοντες όπως η επίδραση του pH, της υδατικής μήτρας, της χρήσης παγίδων ριζών και της χρήσης αλάτων.
Abstract (translated): Red mud is produced during the production process of alumina from bauxite through the Bayer process. It is the by-product of the process and is discarded. In Greece are pro-duced annually 700,000 t. Because of the large produced volume and the high pH of red mud, there are environmental impacts when it is deposited, which is why there are re-searches about ways to exploit it. The only alumina production industry in Greece is ‘Alu-minum of Greece’ where part of the quantity of red mud produced is deposited in the sea and more specifically in the gulf of Antikyra in Corinthian Gulf. In addition, the constantly increasing consumption of pharmaceuticals over the last decades and their irresponsible rejection in the environment as well as the inefficiency of the already known biological methods for the complete degradation of pharmaceuticals have led to the need to search for a new generation of technologies that are more effi-cient and environmentally friendly. Advanced Oxidation Processes (AOPs) have been ap-plied over the past decade in the field of water and wastewater treatment and in particu-lar for the removal of pharmaceuticals with successful results. Among these processes is the Fenton process, which refers to the mixture of hydrogen peroxide and iron salts as catalysts. Due to the rich composition of red mud on iron, aluminum and titanium oxides, it is an ideal candidate a) as a source of iron for Fenton type reactions in dark or under solar radiation, b) as a flocculant, and c) as a source of titania for heterogeneous photoca-talysis . Sodium persulfate (SPS) is a promising source of reactive sulfate radicals because of its moderate cost and high sulfate radicals’ potential (2.6 V which is comparable to that of hydroxyl radicals). The conversion of SPS into sulfate radicals does not occur spontaneous-ly but can be catalyzed by high temperatures, alkaline environment and transition metals. In this paper we study the potential utilization of red mud as a catalyst for the activa-tion of persulfate to sulfate radicals due to its high content of iron and other metals for the degradation of propylparaben in water. Propylparaben selected as a standard mi-cropollutant appears as a natural substance in many plants and insects, although it is also synthesized in order to be used in cosmetics, pharmaceuticals and food. The red mud, used in the present thesis, was obtained from Aluminum Hellas S.A. and dried at 100° C. In particular, different ways of pre-treatment of red sludge (hydrothermal, acid addition and calcination at different temperatures) are investigated. At the same time, the parameters influencing the paraben oxidation are being studied, such as red mud concentration, paraben concentration, pH, persulfate concentration, while experiments are carried out on different aqueous matrices (ultrapure water, drinking water and secondary effluent). The reuse of the catalyst is also studied. Finally, the use of five other catalysts synthesized from the mining and metallurgical waste processing by the Department of Chemical and Environmental Engineering, Univer-sity of Oviedo (Dr. Paula Oulego Blanco) is studied. Experiments were carried out to select the most efficient oxidant and catalyst concentration for degradation of the same mi-cropollutant (propylparaben). In addition, other factors such as the effect of pH, water matrix, the use of scavengers and the use of salts are investigated.
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Matthaiou(chem_eng).pdf2.17 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.