UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI

FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE

Programul de studii:Ingineria și Managementul Sistemelor Biotehnice

Lucrare de disertație

Epurarea apelor industriale ce conţin ionide crom

Coordonator Ştiinţific:

Conf. dr. ing. Cristina Covaliu

Masterand:

Ing. Sava Mădălina

Anul 2015

CAPITOLUL IVModalităţi de îndepartare a cromului din apele uzate cu Cr

4.1. Nanotuburi de carbon

Nanotuburile de carbon (NTC) sunt alotropi ai carbonului cu nanostructură cilindrică.

Nanotuburile sunt construcții cu raport între lungime și diametru de până la 132,000,000:1 [1]

semnificativ mai lung decât în cazul oricărui alt material. Acest cilindru format din molecule de

carbon au proprietăți neobișnuite, care sunt valoroase pentru nanotehnologie, electronică, optică și

în alte domenii ale științei și tehnologiei.

În particular datorită conductivității termice și proprietăților mecanice și electrice deosebite,

nanotuburile de carbon au diverse aplicabilități ca aditivi pentru diverse materiale structurale. De

exemplu, nanotuburile formează mici porțiuni în unele obiecte fabricate în principal din fibră de

carbon, ca de exemplu bâte de baseball, de golf sau componente auto.

Nanotuburile fac parte din familia structurilor fulerine. Numele lor derivă din structurile

lungi, scorburoase, cu peretele format din foi de carbon având grosimea unui atom.

Fig.4.1. Nanotuburi de carbon

Fig.4.2. Nanotuburi de carbon pudră

4.2.Epurarea apelor folosind adsorbţia pe nanotuburile de carbon

Materiale de carbon sunt o clasă de adsorbant inginerie semnificative și utilizate pe scară

largă. Ca un nou membru al familiei de carbon, nanotuburi de carbon au prezentat mari potențiale în

aplicații ca întăriri compuse, emițătoare de teren pentru dispozitive de afișare cu ecran plat, senzori

de stocare a energiei și de transformare a energiei și catalizatori sprijine faze, din cauza lor

extraordinare mecanice, electrice, proprietăţi termice și structurale.

În special , marile suprafețele specifice , precum stabilitățile termice chimice ridicate și fac

carbon nanotuburi un adsorbant atractivă în tratarea apelor reziduale. Proprietățile adsorbție ale

nanotuburi de carbon într-o serie de agenți toxici, cum ar fi plumb, cadmiu, crom hexavalent și

crom trivalent au fost studiate și rezultatele arată că nanotuburi de carbon sunt excelente si eficiente

adsorbant pentru eliminarea acestor medii daunatoare in apa.

Cromul la expunerea de niveluri scazute poate irita pielea si cauza ulcer. Expunerea pe

termen lung poate provoca daune la rinichi și ficat , precum și deteriorarea țesuturilor circulatorii și

nervoase . Încă o dată, este important să se elimine astfel de urme în apele uzate nostru de ajutorul

CNT . Atieh a raportat folosind nanotuburi de carbon sustinuti de cărbune activ (AC) pentru a

îndepărta Cr6+ ionilor din apa poluată.

Mai mare capacitate de adsorbție folosind AC - CNT adsorbant acoperite obținute în urma

experimentelor de adsorbție lot a fost de 9,0 mg / g. De aceea se pare că AC acoperit cu CNT este

cea mai eficientă pentruîndepărtarea ionilor de crom. Eliminarea de Cr 6+ din apa potabilă, folosind

nanoparticule pe suport de ceriu pe nanotuburi de carbon aliniate.

4.3. Cercetare experimentală originalMateriale pentru experiment:

Fig.4.3.Sticlă de ceas

Fig. 4.4. Spatulă de metal

Fig.4.5. Balanţă analitică cu precizie de 5 zecimale

- palnie

- balon cotat

- pipeta

- para pentru pipeta

- dicromat de potasiu (K2Cr2O7) ( pentru experimentul 1)

Fig. 4.6. Dicromat de potasiu (K2Cr2O7)

- Clorura de crom ( III ) hexahidrat (CrCl2*6H2O ) (pentru experimentul 2 )

- Spectrofotometrul UV/Vis

Fig.4.7. Spectrofotometrul UV/Vis

Fig.4.8.Pulbere de nanotuburi de carbon

1. Cromul hexavalent (crom (VI), Cr (VI))

Am pregătit o soluție cu cea mai mare concentrație de crom Cr 6+ prin cântărirea

dicromatului de potasiu, folosind balanța analitică cu o precizie de cinci zecimale.

Am cântărit 1.4709 g de dicromat de potasiu pe sticla de ceas la balanţa analitică. Cu

soluţia obţinută în final care a fost de culoare portocalie.

Concentraţia iniţială Cr3+ = 0.01M

Masa moleculară a dicromatului de potasiu K2Cr2O7 = 294.18 g / mol

MK2Cr2O7 = g/mL

MCr = 52g/ mol

C= 0,01M

V= 500ML

294,18g K2Cr2O7……………2*52g Cr

1, 4709 g K2Cr2O7 ……………x

Într-un balon cotat de 500 mL, am pus dicromat de potasiu, folosind o pâlnie, apoi am adus

la semn cu apă distilată.

Fig. 4.9. Balon cotat cu soluție de dicromat de potasiu

Am agitat soluția de dicromat de potasiu. După omogenizare, din soluția stoc am pregatit soluții cu

concentraţie mai mică decât cea inițială, prin diluare succesivă folosind o pipeta gradată.

- 0.1 mL din soluţia stoc pe care am adăugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus

la semn cu apa distilată

Concentraţie de Cr = 0,02mg

- 0.5 mL din soluţia stoc am adăugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn

cu apa distilată

Concentraţie de Cr = 0,1046 mg

- 0.2 mL din soluţia stoc am adăugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn

cu apa distilată

Concentraţie de Cr = 0,04 mg

Fig.4.10. Balon cotat (5 mL)

Pentru fiecare balon am luat o mostră. Am pus-o in Spectrofotometrul UV / Vis pentru a măsura

adsorbanța. Pentru fiecare mostra trebuie sa masuram concentratia separat.

Table 4.1. Valorile curbei de calibrare

Concentratie

[mg/ L ]

Adsorbanță

[u/a]0,02 0,7757

0,04 1,3586

0,0624 2,1288

0,1046 3,6831

Fig.4.11. Curba de calibrare

După reprezentarea grafică a concentrației de crom și adsorbanța măsurată rezulta o relație

Adsorbanța = număr * concentrație + număr

Ecuația obținută:

y = 0,027 x - 0,012

R² =0,966

Această ecuație o vom folosi pentru a determina concentrația de crom din apele uzate

sintetice. Am pus 250 ml de soluție stoc într-un balon Erlenmeyer. Apoi am cântărit la balanță

analitică 0.09914 g de nanotuburi de carbon (pulbere neagră). În acest balon Erlenmeyer am

adăugat nanotuburi de carbon. Am pus această soluție pe agitator. Am setat agitatorul la 590 rpm.

Fig. 4.12. Proba a apelor uzate conținând nanotuburi de carbon pe agitatorul magnetică în

timpul experimentelor

La diferite intervale de timp am luat cate o monstra si am masurat adsorbanta pentru fiecare

monstra in parte la Spectrofotometrul UV/ Vis.

Cu valorile adsorbanțelor masurate am calculat concentrațiile de apă uzată sintetică folosind

ecuația

y = 0,027 x - 0,012

Table 4.2. Valorile timpului, adsorbanţei şi a concentraţiei

Timp

[min]

Adsorbanță

[u.a.]

Concentrație [g/L]

0 2,1326 79,4296130 2,1264 79,2180 2,1036 78,3555665 0,2345 9,1296725 0,2335 9,09

Fig.4.13. Variaţia concentraţiei în funcţie de timp

S-a obţinut o scădere bruscă a concentraţiei cromului din apa uzat sintetică după ce s-a stabilit T0C

de desfăşurare a experimentului la 70 0C.

Calculul randamentului

Ci = 1.04 mg Cr (VI) / L (concentraţia iniţială)

Table 4.3. Valorile timpului, concentraţiei şi a randamentului

Timp [min] Concentratie[mg/L]

Randament [%]

0 0,794296 23,622130 0,792 23,846180 0,783555 24,6586665 9,1296 91,22725 9,09 91,2526

Fig.4.14. Variaţia randamentului în funcţie de timp

2. Cromul trivalent

Am preparat o soluţie cu concentraţie mare de Cr3 +, prin cântărirea de CrCl2*6H2O folosind

o balanţă analitică cu precizie de 5 zecimale.

Am cântărit 0,66618 g de CrCl3*6H2O folosind sticla de ceas la balnţa analitică. Rezultând

o soluţie verde închis.

Concentraţia iniţială = 0.01M

Masa moleculară a Cr3+Cl3*6H2O = 266,45g / mol

MCr = 52g/ mol

C= 0,01M

V= 250ML

266.45 g Cr 3+Cl3*6H2O ……………………. 52 g Cr

0.666125 g Cr 3+Cl3*6H2O ……………….. x

X = 0.13 g Cr = 130 mg Cr

Într-un balon cotat de 250 ml, am pus pudra de CrCl2* 6H2O , folosind o pâlnie, apoi am

adus la semn cu apă distilată.

După omogenizare, soluția de Cr3+Cl3*6H2O s-au prelevat valoarea diferenţei pentru soluţii cu

concentraţie mai mică decât cea iniţială prin diluare susesivă.

Fig. 4.15. Balonul cotat cu soluţie de CrCl3*6H2O şi apa distilată şi baloanele cotate de 5 mL

Din soluţia stoc am luat cu ajutorul unei pipete

1 ml din soluţia stoc pe care am adaugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn cu

apa distilată

Concentraţia de Cr = 0.0259 g/l Cr(III)

3 mL din soluţia stoc pe care am adaugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn

cu apa distilată

Concentraţia de Cr = 0,0779mg Cr(III)

4 mL din soluţia stoc pe care am adaugat-o într-un balon cotat de 5 mL şi am adus la semn

cu apă distilată

Concentraţia de Cr = 0,10392mg Cr(III)

Pentru fiecare balon am luat o mostră. Am pus-o în Spectrofotometrul UV / Vis pentru a

măsura adsorbanța.

Table 4.4. Valorile curbei de calibrare

Concentratie g/L Absorbanță

0,0259 0,0329

0,0779 0,1167

0,10392 0,1316

Fig. 4.16.Curba de calibrare

Ecuația obținută din curba de calibrare:

y =0,039*X – 0,008

R² =0,964

Această ecuație o vom folosi pentru a determina concentrația de crom din apele uzate

sintetice .

Am preparat din nou 250 ml de solutie pe care am pus-o într-un balon cotat Erlenmeyer .

Apoi am cântărit la balanță analitică 0.09914 g de nanotuburi de carbon (pulbere neagră).

În acest balon Erlenmeyer am adăugat nanotuburi de carbon cântărit . Am pus această

soluție pe agitator . Am setat agitatorul la 590 rpm.

La diferite intervale de timp am luat cate o monstra si am masurat adsorbanta pentru fiecare

monstra in parte la Spectrofotometrul UV/ Vis.

Cu valorile adsorbanțelor masurate am calculat concentrațiile de apă uzată sintetică folosind

ecuația

y =0,039*X – 0,008

Table 4.5. Valorile timpului, adsorbanţei şi a concentraţiei

Timp

[min]

Adsorbanță

[u.a.]

Concentratie [mg/l]

0 0,857 22.17965 0,1751 4.694165 0,1750 4.6923674 0.1646 4.425687 0.1622 4.364792 0.1577 4.287

Fig. 4.17. Variaţia concentraţiei în funcţie de timp

Calculul randamentului:

Ci =0.666165g Cr (III) /L (concentraţia iniţială)

S-a obţinut o scădere bruscă a concentraţiei cromului din apa uzat sintetică după ce s-a stabilit T0C

de desfăşurare a experimentului la 70 0C.

Table 4.6. Valorile timpului, concentraţiei şi a randamentului

Timp

[min]

Concentratie

[mg/L]

Randament

[ %]

0 22.179 66.81

65 4.694 92.95

162 4.6923 92.954

642 4.4256 93.35

687 4.364 93.44

792 4.287 93.56

Fig. 4.18. Variaţia randamentului în funcţie de timp

Fig.4.19. Iniţial vs final Cr (VI)

Fig.4.20. Iniţial vs final Cr (III)

Eficienţa de epurare cu crom de 93% ceea ce demonstrează ca metoda studiată se poate aplica cu

succes în scopul îndepartării cromului ( Cr6+ , Cr 3+) din apele uzate.

ConcluziiTema de disertaţie aleasă se încadrează în cercetarile actuale în domeniul epurării apelor

deoarecese doreste realizarea unor tehnologii de epurare mult mai eficiente faţă de cele

convenţionale care sa fie aplicate în scopul depoluîrii apelor uzate industriale ce conţin ioni de

crom. Eliminarea ionilor de crom din apele uzate industriale este sustinuta de toxicitatea pe care

acestia o au asupra organismului uman si mediului înconjurator.

Datorită condiţiilor create în laborator (temperature ridicată şi agitarea puternică) sub

influenţa nanotuburilor de carbon s-a obţinut o scădere considerabilă a concentraţiei cromului din

apele uzate.

Rezultatele experimentului susţin aplicarea nanotuburilor de carbon ca material adsorbant

pentru cromul hexavalent şi cromul trivalent din apele uzate.

Eficienţa de îndepărtare a Cr 6+ si Cr 3+ din apa uzată utilizând nanotuburi de carbon a fost de

93.56% şi respectiv 91.25 %. Scăderea concentraţiei de crom s-a observant prin măsurarea

adsorbantului apei uzate la spectofotometrul UV-VIS pe durata efectuării experimentului.

Metoda studiată pentru îndepărtarea cromului (Cr 6+, Cr 3+) din apă cu nanotuburi de carbon

este eficientă deoarece se poate susţine aplicarea ei în cadrul staţiilor de epurare.