Экспериментальный и модельный анализ удаления ХПК из промышленных сточных вод с использованием TiO2.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 11088 (2022) Цитировать эту статью

1285 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

В настоящем исследовании в качестве адсорбента для удаления ХПК из промышленных сточных вод (Bouali Sina Petrochemical Company, Иран) были использованы наночастицы оксида титана (TiO2), хитозан и несколько нанокомпозитов, содержащих различные массовые дозировки TiO2 и хитозана. Методы FESEM, XRD и FTIR использовались для характеристики наночастиц TiO2, хитозана и изготовленных нанокомпозитов. Затем влияние параметров адсорбции, в том числе массового соотношения TiO2–хитозан (1:1, 1:2 и 2:1), содержания адсорбента (0,25–2,5 г), температуры (20–50 °С), pH (3 –11), объем раствора (100–500 мл) и время контакта (30–180 мин) по снижению ХПК также контролировались как экспериментально, так и численно. Схема эксперимента Бокса-Бенкена подтверждает, что TiO2-хитозан (1:1), содержание адсорбента 2,5 г, температура = 20 °C, pH 7,4, объем раствора 100 мл и время контакта = 180 мин являются условием, что максимально увеличивает удаление ХПК (т.е. 94,5%). Более того, модели Редлиха-Петерсона и псевдовторого порядка являются лучшими изотермическими и кинетическими сценариями для описания переходного и равновесного поведения удаления ХПК. Максимальная монослойная адсорбционная способность нанокомпозита TiO2–хитозан составляет 89,5 мг/г. Результаты показали, что ХПК промышленных сточных вод лучше удалять с помощью смеси TiO2–хитозан (1:1) при температуре = 20 °С.

Количество кислорода, необходимое для окисления органических загрязнителей в сточных водах, определяется как ХПК (химическая потребность в кислороде) или БПК (биологическая потребность в кислороде)1. Для обработки потоков отходов можно использовать химические2, физические2 и биологические3 сценарии, такие как адсорбция4,5, наноадсорбция6, мембрана7, ионный обмен, электрокоагуляция8, биофлокуляция9, осадок сточных вод10,11 и фильтрация12,13. Действительно, те процессы разделения, в которых используются твердые пористые материалы (т.е. адсорбция), являются одними из наиболее популярных методов из-за их экономических/эксплуатационных особенностей и высокой достижимой эффективности удаления14,15,16. В целом, преимуществами процесса адсорбции по сравнению с другими методами являются: высокая производительность, низкая стоимость, широкий диапазон pH и простота эксплуатации. С другой стороны, отходы и низкая селективность являются одними из основных недостатков процесса адсорбции17.

Сегодня наноразмерные твердые материалы успешно улучшают свойства рабочих жидкостей18,19, сплавов20,21 и полимеров22, эффективность солнечных коллекторов23 и производительность процессов очистки сточных вод24. Кешткар и др. использовали синтезированные наночастицы оксида алюминия с различной удельной поверхностью для адсорбции ионов никеля из синтетических сточных вод24. Эсмаили-Фарадж и др. изучили десульфурацию реального образца дизельного топлива путем применения нанокомпозита оксид алюминия/полимера с численной и экспериментальной точки зрения25.

Нанокомпозиты на основе хитозана широко используются для очистки воды и сточных вод26,27. Такая популярность связана с низкой стоимостью хитозана и его амино- или гидроксильными функциональными группами. Чанг исследовал возможность применения хитозана с различной степенью деацетилирования для очистки сточных вод аквакультуры28. Оптимальное удаление ХПК, равное 69,7%, было зарегистрировано для хитозана со степенью деацетилирования 98%. Диониси и др. исследовали влияние адсорбента хитозана и pH на удаление загрязняющих веществ из сточных вод пивоварни29. Тиругнанасамбандхам и Сивакумар сосредоточили внимание на нанокомпозите оксида цинка и хитозана для эффективной очистки сточных вод предприятий по переработке молока30. Сообщалось, что ХПК и мутность можно снизить путем применения нанокомпозита оксид цинка-хитозан. Адсорбционная эффективность хитозана-цитраля Шиффа для очистки сточных вод молочной промышленности была изучена Цаневой и др.31. Максимальная эффективность удаления ХПК составила примерно 35,3% при оптимальных условиях. Лигарай и др. изучили применимость композита бентонит-хитозан для удаления ХПК из потока промышленных сточных вод, содержащих начальную концентрацию ХПК 1348 ppm32. Максимальное удаление ХПК 73,34% было достигнуто при оптимальных условиях. Кинетика удаления тяжелых металлов (меди, кадмия и хрома) из сточных вод с использованием адсорбентов на основе хитозана была изучена Пракашем и др.33,34,35. Результаты показывают, что эта кинетическая модель псевдовторого порядка лучше коррелирует с экспериментальными данными33 ,34,35.