Κινητική μελέτη αναγωγής εξασθενούς χρωμίου με σύνθετα υλικά νανοσιδήρου-ρητίνης - Μαθηματική προσέγγιση - Καραβανάς-Παπαδήμος, Λεωνίδας (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών, 2017)
Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία είχε σαν στόχο την ανάλυση ενός συστήματος που αποτελείται από νανοσωματίδια στοιχειακού σιδήρου (nano Zero Valent Iron, nZVI), εντός της κατιονικής ρητίνης Amberlyst 15 H+, τα οποία χρησιμοποιούνται για την αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου. Ο κύριος στόχος της εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου που να περιγράφει τις φυσικοχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτό το σύστημα και ο έλεγχος της αξιοπιστίας του μοντέλου σε σύγκριση με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Το πειραματικό μέρος περιλάμβανε δύο φάσεις. Η πρώτη φάση αφορούσε την παρασκευή του νανοσύνθετου υλικού, δηλαδή την ενσωμάτωση του νανοσιδήρου στη μήτρα της κατιονικής ρητίνης, με την εφαρμογή μιας ‘πράσινης’ μεθόδου. Η μέθοδος βασιζόταν στην χρήση φυτικών πολυφαινολών για την αναγωγή του προσροφημένου Fe(III) στην μηδενική βαθμίδα. Η δεύτερη φάση περιλάμβανε τα πειράματα αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου. Οι κύριες παράμετροι που εξετάσθηκαν ήταν το μέγεθος των κόκκων της ρητίνης, η συγκέντρωση του Cr(VI) και η ποσότητα της ρητίνης. Το μαθηματικό μοντέλο που αναπτύχθηκε έλαβε υπόψη του δύο αλλολοσυσχετιζόμενες διεργασίες: (α) την διάχυση του ρύπου διαμέσου του δικτύου των πόρων και (β) την χημική αντίδραση μεταξύ του ρύπου και των νανοσωματιδίων σιδήρου που βρίσκονται ομοιογενώς διεσπαρμένα μέσα στους πόρους. Το μοντέλο περιλάμβανε δύο άγνωστες παραμέτρους, τον συντελεστή διάχυσης, De, και την κινητική σταθερά της χημικής αντίδρασης, k2p. Αυτές οι παράμετροι προσδιορίστηκαν αρχικά με προσαρμογή του μοντέλου στα δεδομένα μίας δοκιμής, και στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία για την περιγραφή της κινητικής στο σύνολο των άλλων δοκιμών που είχαν διεξαχθεί σε διαφορετικές συνθήκες.