Kutatási eredmény - Káros anyagok eltávolítása szennyvízből adszorpció révén
A nemrégiben publikált kutatási eredmény egy megfelelő és olcsó adszorbens tanulmányozására, valamint a folyamatok fizikai–kémiai leírására fókuszált. Az esettanulmány bemutatja, hogy a benzalkónium-klorid, amely egy széles körben használt biocid, eltávolítására a könnyen hozzáférhető háztartási papír kiválóan alkalmas.
---------------------
Az EME 2020-ban indult, interdiszciplináris, alkalmazott anyagtudományi projektjének egyik kutatási iránya a szenny- és szürkevizek különböző szennyezőanyagainak adszorpciós eltávolítására vonatkozik. Az adszorpció egy alternatív, környezetbarát és gazdaságos módszer a káros anyagoknak a szennyvizekből történő eltávolításárára.
Ez a téma a Covid19-világjárvány óta egyre fontosabbá vált. Hiszen a biocidok (pusztító hatású fertőtlenítőszerek) széles körű felhasználása miatt a települési szennyvizekben e káros anyagok mennyisége megemelkedett, és a tisztítóberendezések még nincsenek megfelelően felszerelve a felmerült probléma kezelésére. Innen ered az alternatív módszerek keresése.
Mindezek érdekében a legújabb kutatásaink a megfelelő és olcsó adszorbensek tanulmányozására, valamint a folyamatok fizikai–kémiai leírására fókuszáltak, első lépéskent a lehetséges ipari alkalmazás irányába. Elsősorban ellenőriztük a lehetséges adszorbensek – a fűrészpor, a háztartási papírtörlő, a teaszűrő papír, a pamut és a viszkóz – alkalmasságát. Figyelembe vettünk gazdasági szempontokat: úgymint az árat, a beszerzési forrásokat és a kereskedelmi elérhetőséget, valamint műszaki szempontokat: a szennyező anyagok vízből történő eltávolításának sebességét és mértékét (hatásfokát). A legjobbnak egy olcsó és könnyen beszerezhető, fehér háztartási papír bizonyult az egyik, széles körben használt biocid anyag eltávolítására.
A folyamatot termodinamikai és kinetikai szempontokból is szükséges alaposan leírni ahhoz, hogy akár egy pilotléptékű adszorbenst is tervezhessünk. Ehhez elsőként néhány száz kísérletet végeztünk változó paraméterekkel, amelyek: a víz szennyezőanyag-terhelése, az adszorbens tömege, a hőmérséklet, a szilárd-folyadék érintkezési ideje stb.
Nyolc termodinamikai és négy kinetikai modell illeszkedését teszteltük a kísérleti adatokkal, különféle statisztikai módszerek segítségével.
A kutatásban nyert vizsgálati eredmények igazolták, hogy még a könnyen hozzáférhető, nem módosított és nem kezelt háztartási papírok is hatékony adszorbensként használhatók a benzalkónium-klorid – egy sokoldalúan használt, mégis egyre nagyobb ökológiai aggályokat felvető biocid anyag – gyors eltávolítására.
A teljes folyamat egy pszeudo-másodrendű sebességi törvényt követ, 73,35 kJ/mol látszólagos aktiválási energiával. Mind a Langmuir-, mind a Redlich–Peterson-izotermák jól leírják az egyensúlyi adatokat a standard körülmények között (298 K-en, 1 atm-án, a Gibbs-féle szabadenergia: –20,64 kJ/mol). Ezek az eredmények összhangban vannak a korábbi jelentésekkel (szakirodalomban megjelent hasonló adszorbensekre), és egy hibrid, de kemiszorpció dominált folyamatra utalnak.
Ez a kutatási irány folytatódni fog az EME-ben a színezékek szennyvízből való eltávolításának vizsgálatával, nevezetesen a gyógyszerészeti termékekben használt színezékek (pl. metilénkék és származékai) vizsgálatával.
A tanulmány elérhetősége:
Enikő Bitay, Alexandra Csavdari: Some Unmodified Household Adsorbents for the Adsorption of Benzalkonium Chloride—A Kinetic and Thermodynamic Case Study for Commercially Available Paper. Toxics (ISSN: 2305-6304) 2023. Volume 11, Issue 12, 950. Q1, IF= 4.6, https://doi.org/10.3390/toxics11120950