Využití bentonitů a jejich modifikací pro adsorpci a desorpci vybraných těžkých kovů z modelových roztoků.

Abstract

Modifikací struktury fylosilikátů se mění jejich sorpční vlastnosti, což zvyšuje jejich využití v praxi. Předmětem této disertační práce je studium adsorpce Pb2+ a Cu2+ z modelových roztoků a desorpce Pb2+. Jako adsorbenty byly použity bentonity z lokality Braňany – Černý vrch a vzorky modifikované natrifikací a interkalací. Výhodou tohoto materiálu je jeho přírodní původ a snadná dostupnost. V prvotní fázi byly zhodnoceny bentonity ze tří lokalit (Braňany – Černý vrch, Rokle u Kadaně a jižní svahy dolu Bílina) pomocí rentgenové difrakce, rentgenové fluorescence a stanovením sorpčních vlastností, ze kterých byl vybrán nejvhodnější vzorek bentonitu. Tento bentonit byl rozdělen na dvě zrnitostní frakce (<0,1 mm a 0,1–0,5 mm). Pro zlepšení sorpčních vlastností byl materiál následně chemicky modifikován. Jemnozrnnější frakce byla natrifikována roztokem NaCl a obě frakce byly interkalovány oktadecylaminem (ODA) v různých hmotnostních poměrech. Všechny připravené materiály byly testovány na modelových roztocích solí příslušných kationtů kovů (Pb2+ a Cu2+). V případě adsorpce olovnatých i měďnatých kationtů došlo k ustavení adsorpční rovnováhy u vzorků modifikovaných mnohem rychleji než u vzorků nemodifikovaných. K vyjádření závislosti maximální adsorpce na rovnovážné koncentraci byly aplikovány Langmuirovy a Freundlichovy adsorpční izotermy. Proces desorpce olovnatých iontů probíhal zředěnou kyselinou octovou při hodnotě pH 3,53. K tomuto účelu bylo použito třech vzorků bentonitů z lokality Braňany – Černý vrch a třech vzorků modifikovaných (natrifikací a interkalací ODA při dvou různých hmotnostních poměrech) při zrnitosti <0,1 mm všech vzorků. Velmi vhodným adsorbentem olovnatých kationtů se prokázal vzorek modifikovaný ODA ve stejném hmotnostním poměru, jelikož i po desorpci byla poměrně vysoká hodnota zadrženého množství kationtu kovu. Pro adsorpci měďnatých iontů se nejvíce osvědčil hrubozrnnější vzorek modifikovaný ODA ve vyšším hmotnostním poměru.

Sorption properties change after modification of the structure of phylosilicates, which in practice increases their utilization. The subject of this thesis is a study of the adsorption of Pb2+ and Cu2+ from model solutions and desorption of Pb2+. Bentonites from the Braňany – Černý vrch locality, in natrified and intercalated forms were used as adsorbents. The advantage of this material is its natural origin and easy availability. Firstly, bentonites from three different locations (the Braňany – Černý vrch deposit, the Rokle deposit near Kadaň and the southern slopes of the Bílina mine area) were evaluated by X-ray diffraction, X-ray fluorescence and by the determination of their sorption properties. The most suitable sample was chosen. This bentonite was divided into two grain fractions (<0.1 mm and 0.1–0.5 mm). The material was subsequently chemically modified to improve its sorption properties. The fine-grained fraction was natrified by a NaCl solution and both fractions were intercalated by octadecylamine (ODA) in different weight ratios. All the materials were tested on the model solutions prepared from the salts of the chosen metals (Pb2+ and Cu2+). During adsorption of lead and cupric cations, the adsorption equilibrium was established faster for modified samples than for unmodified samples. Langmuir and Freundlich adsorption isotherms were applied for the formulation of maximal adsorption capacity related to equilibrium concentration. Diluted acetic acid was used for the desorption process of Pb2+ with a pH value of 3.53. For this purpose three samples of bentonites from the Braňany – Černý vrch locality and three modified samples (natrified and intercalated by ODA in two different weight ratios) with a graininess of <0.1 mm were used. The sample modified by ODA in the same weight ratio as the bentonite was shown as a very suitable adsorbent of lead cations because after desorption the value of retained cations was relatively high. A coarse-grained sample modified by ODA in a higher weight ratio was more effective for adsorption of Cu2+.