Σταθεροποίηση σε κατιονικές ρητίνες για περιβαλλοντικές εφαρμογές - Χαλαστάρα, Κωνσταντίνα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλουργίας, 2015)
Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής είναι η ανάπτυξη καινοτόμων νανοϋλικών, τα οποία να συνδυάζουν υψηλή δραστικότητα και αποτελεσματικότητα σε διάφορα είδη ανόργανων ρύπων, καθώς και καλές υδραυλικές ιδιότητες, με στόχο την αξιοποίησή τους ως πληρωτικό υλικό σε διάφορες διατάξεις επεξεργασίας νερών μέσω σταθερής κλίνης, π.χ. φίλτρα βιομηχανικής ή οικιακής χρήσης, περατά διαφράγματα επεξεργασίας ρυπασμένων υπόγειων ή επιφανειακών νερών, κ.ο.κ. Τα υλικά αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία υδάτων που περιέχουν διάφορα είδη ρύπων, όπως ανόργανους ή οργανικούς ρύπους που πρέπει να αναχθούν για να απομακρυνθούν αποτελεσματικά από τα ύδατα, π.χ. Cr(VI) που πρέπει να αναχθεί σε Cr(III). Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων σιδήρου σε πορώδη υλικά. Εξετάσθηκαν δύο είδη ρητινών με κατιονική ανταλλακτική ικανότητα η Dowex W50X2 και η Lewatit Monoplus SP112, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται συνέργεια του υποστρώματος και των νανοσωματιδίων σιδήρου για την ταυτόχρονη απομάκρυνση κατιονικών ρύπων με προσρόφηση και ρύπων που απαιτούν αναγωγικές συνθήκες. Στη συνέχεια αξιολογήθηκε η αναγωγική τους ικανότητα για τον καθαρισμό ρυπασμένων υδάτων με εξασθενές χρώμιο. Η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων σιδήρου στις κατιονικές ρητίνες πραγματοποιήθηκε αρχικά με την προσρόφηση τρισθενούς σιδήρου (Fe3+) στη ρητίνη (R-Feads). Στη συνέχεια η ρητίνη με τον προσροφημένο σίδηρο (R-Feads) αναμίχθηκε με αναγωγικό διάλυμα (φυτικά εκχυλίσματα/ διάλυμα γαλλικού οξέος) για την σύνθεση των νανοσωματιδίων σιδήρου (R-nFe). Με βάση τα αποτελέσματα του πρώτου κύκλου δοκιμών επιλέχθηκε η ρητίνη Dowex 50WX2 ως πορώδες υπόστρωμα και το γαλλικό οξύ για την αναγωγή του προσροφημένου Fe3+. Στην δεύτερη ενότητα δοκιμών μελετήθηκε η κινητική της αναγωγής του Cr(VI). Οι παράμετροι που εξετάσθηκαν ήταν το pH, η συγκέντρωση του Cr(VI) στο διάλυμα, η ποσότητα ρητίνης και η θερμοκρασία. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα προσδιορίστηκε ότι η αναγωγή του Cr(VI) ακολουθεί κινητική πρώτης τάξης ως προς την συγκέντρωση του Cr(VI) και ως προς την ποσότητα της ρητίνης (δηλαδή την ποσότητα του ενσωματωμένου νανοσιδήρου) σε επαφή με το διάλυμα. Η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης προσδιορίστηκε ίση με 33.24 kJ/mol, τιμή η οποία υποδεικνύει ότι το βραδύ στάδιο της αντίδρασης είναι η διάχυση μέσα από το πορώδες των σωματιδίων της ρητίνης.