Biosorpce iontů chromu Cr (III) a zinku Zn (II) z vodných roztoků pomocí rostlinné biomasy

Abstract

Předložená disertační práce ověřuje možnost použití biomasy kultivovaného druhu řasy Chlorella vulgaris a volně rostoucího druhu řasy Spirogyra sp. pro sorpci Cr (III) a Zn (II), a použití biomasy kořenů, stonků a listů invazivní rostliny Reynoutria japonica pro sorpci Zn (II) z vodných roztoků v diskontinuálním biosorpčním procesu. Práce je členěna do pěti samostatných částí: Rešeršní teoretická část práce podává přehled o současném stavu problematiky. V úvodu je nastíněna definice těžkých kovů a přehled těžkých kovů, které nás v současnosti zajímají z důvodu negativního dopadu na životní prostředí. Dále jsou zde stručně popsány výhody a nevýhody biosorpce jako jedné z metod environmentálních biotechnologií. V této části práce jsou také detailněji popsány mechanismy biosorpce a nejdůležitější fyzikálně-chemické parametry, které ji ovlivňují. Je diskutován i mechanismus zachytávání těžkých kovů u jednotlivých druhů biosorbentů, včetně jejich taxonomického přehledu. V části „Cíl a obsah disertace“ je popsán cíl práce a postup k jeho dosažení. V metodické části práce jsou popsány jednotlivé biosorbenty, použité při pokusech, a metodické postupy úpravy biosorbentů a stanovení kinetických a sorpčních isoterem. V kapitole „Výsledky a diskuse“ je popsána kultivace řasy Chlorella vulgaris a výsledky experimentů, týkajících se časového průběhu procesů biosorpce a modelace její kinetiky. Dále je hodnocen vliv hodnoty pH roztoku, vliv množství biomasy a vliv počáteční koncentrace kovu na biosorpci. Jsou stanoveny specifické adsorpční kapacity biosorbentů, modelovány jejich adsorpčních isotermy, a určen zeta potenciál všech biosorbentů. Biomasa Reynoutra japonica je navíc analyzována metodou EDS, spojenou se SEM snímkováním, a FTIR analýzou vazebných skupin. V závěru je popsána možnost desorpce Cr (III) z biomasy řasy Chlorella vulgaris a Zn (II) z biomasy listů Reynoutria japonica desorpčním činidlem (0,2 M H2SO4). Závěrečná část práce hodnotí dosažené výsledky, možnost budoucího uplatnění studovaných biosorbentů v praxi, a je zde doporučen další postup v této oblasti výzkumu

This thesis submitted examines the ability of biomass of cultivated algae species Chlorella vulgaris and natural algae species Spirogyra sp. to adsorb Cr (III) and Zn (II) ions, respectively the use of biomass of roots, stems and leaves of an invasive plant species Reynoutria japonica to adsorb Zn (II) ions, all of them from aqueous solutions in a discontinuous biosorption process. The thesis is divided into five main parts: The theoretical background research part presents the state of current knowledge. In the beginning there is a simplified concept definition of heavy metals, as well as a list of heavy metal species, important from the viewpoint of their negative environmental impact. It is followed by brief description of advantages and disadvantages of biosorptions – one of several new environmental biotechnologies which are currently extensively investigated. In this part also a detailed description of biosorption mechanisms; as well as main physico-chemical parameters influencing the processes are presented. The mechanism of biosorption of various biosorbent species is discussed, including their taxonomically based review. In the next part, the aim of the thesis, as well as the process for its acomplishment, is stated. In methodical part of this thesis, the biosorbents used in the experiments and methods of their treatment and alteration are described. Principles of kinetic and sorption isotherms setting are also presented. In the part of results and discussion all experiments are described, including cultivation of Chlorella vulgaris, biosorption processes time courses determination, and modelling of their kinetics. The effect of solution pH, biomass dosing, and initial concentration of metal ions on biosorption process is evaluated. Specific sorption capacities of individual biosorbents are identified, sorption isotherms are plotted, and zeta potentials are stated. In addition to these results, for all Reynoutra japonica biomass types, EDS, FTIR and SEM analyses are presented. In the end, possibility of desorption of Cr (III) ions from Chlorella vulgaris biomass and Zn (II) ions from biomass of Reynoutria japonica leaves with the use of 0,2 M H2SO4 is discussed. In the final part of thesis there is an assessment of experimental results, and of future possible use of studied biosorbents in practise. Next steps in research of studied biosorbents are proposed.