Ενσωμάτωση νανοσιδήρου σε πολυμερική μήτρα για την επεξεργασία ρυπασμένων υδάτων - Βαρουξάκη, Αλεξία-Κατερίνα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλουργίας)
Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία μελετήθηκε η δράση των νανοσωματιδίων σιδήρου ενσωματωμένα σε μια πορώδη μήτρα κατιονικής ρητίνης, κατάλληλων για την επεξεργασία και την απορρύπανση των υδάτων. Τα νανοϋλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για την επεξεργασία των υδάτινων πόρων που περιέχουν ανόργανους ρύπους, όσο και για εκείνα που περιέχουν οργανικούς. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκε στοιχειακός σίδηρος σε νανοκλίμακα. Αυτός παρουσιάζει ιδιότητες, όπως η μεγάλη ειδική επιφάνεια, το μικρό μέγεθος και η υψηλή δραστικότητα οι οποίες τον καθιστούν πιο χρήσιμο και αποτελεσματικό συγκριτικά με τον στοιχειακό σίδηρο. Παρ’ όλα αυτά, για να εξαληφθεί το μειονέκτημα της περιορισμένης κινητικότητάς του, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος ενσωμάτωσής του σε πορώδες υλικό. Σε αυτή τη μελέτη αξιολογήθηκε η ενσωμάτωση των νανοσωματιδίων σιδήρου (nano Zero Valent Iron, nZVI) σε πορώδη μήτρα με τη χρήση περιβαλλοντικά φιλικής τεχνολογίας. Η αποτελεσματικότητα αυτού του υλικού αξιολογήθηκε με τον καθαρισμό ρυπασμένων νερών με εξασθενές χρώμιο. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε σαν πορώδες υπόστρωμα η ισχυρά κατιονική ρητίνη Amberlyst 15 Η+ . Στην μήτρα της ρητίνης πραγματοποιήθηκε η προσρόφηση τρισθενούς σιδήρου (R-Fe), ενώ στη συνέχεια ακολούθησε η αναγωγή του τρισθενούς σιδήρου σε στοιχειακό με τη χρήση εκχυλίσματος πράσινου τσαγιού. Διαπιστώθηκε πως οι πολυφαινόλες που περιέχονται στο εκχύλισμα του πράσινου τσαγιού, παρά το μεγάλο μέγεθός τους, είναι σε θέση να διεισδύσουν εντός της μακροπορώδους μήτρας της ρητίνης και έτσι να επιτευχθεί η αναγωγή του τρισθενούς σιδήρου Fe(III) στην στοιχειακή του κατάσταση Fe(0). Η αποτελεσματικότητα του σύνθετου αυτού υλικού στην αποκατάσταση ρυπασμένων υδάτων που περιέχουν Cr(VI) αξιολογήθηκε με τη διεξαγωγή δοκιμών παρτίδας. Στα πειράματα αναγωγής οι κύριες παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν τα διαφορετικά κοκκομετρικά κλάσματα του υλικού, η ποσότητα της ρητίνης, η συγκέντρωση του εξασθενούς χρωμίου Cr(VI) στο διάλυμα, οι στροφές ανάδευσης στον επωαστήρα, η συγκέντρωση των νανοσωματιδίων σιδήρου nZVI, το pH και τέλος η αντοχή του R-nZVI σε 9 κύκλους αναγέννησης και επαναχρησιμοποίησης. Διαπιστώθηκε ότι η αναγωγή του Cr(VI) ακολουθεί κινητική πρώτης τάξης ως προς τη συγκέντρωση Cr(VI) και ως προς τη συγκέντρωση του nZVI ανα λίτρο διαλύματος. Η κινητική σταθερά κυμαίνεται μεταξύ 0,5 10-3 και 8 10-3 min-και ανά mM nZVI για τιμές pH από 3,5 έως 7,5.