DE10314416B4

DE10314416B4 - Verfahren zur Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern

Info

Publication number: DE10314416B4
Application number: DE2003114416
Authority: DE
Inventors: Maia Dipl.-Chem. Alandjiyska; Prof. Dr.rer.nat.habil. Frank Thomas Edelmann; Prof. Dr.-Ing.habil. Dr.h.c. Lothar Mörl
Original assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Current assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: DE10314416A1

Abstract

Verfahren zur Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern, bei dem Schwermetallionen an bei 50°C bis 700°C calcinierten Porenbetongranulaten, deren Hauptbestandteile synthetischen 1,13-nm-Tobermorit und Quarz umfassen, adsorbiert und als wasserunlösliche Schwermetallsilikate angelagert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern.
Die Reinigung von Abwässern ist eine außerordentlich wichtige Aufgabe im Bereich des Umweltschutzes. Im Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Abwasserreinigung entwickelt worden, darunter Verfahren wie beispielsweise Neutralisation, Fällung, Flockung, Redox-Reaktionen, Ionenaustausch, Adsorption und ähnliche. Diese Verfahren können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Ionenaustauscher sind ebenfalls effektiv bei der Abtrennung verschiedener Metallionen aus Abwässern. Geeignete Adsorptionsmittel sind beispielsweise Metallhydroxide, wie beispielsweise Aluminiumhydroxid und Eisenhydroxid, sowie Aktivkohle, Cellulose, Kaolin oder Titandioxid (vgl. W. Knoch, Abwasserversorgung, Abwasserreinigung und Abfallentsorgung, VCH, Weinheim 1991).
Ein Nachteil der Verfahren aus dem Stand der Technik ist der, dass geeignete Adsorbentien und Ionenaustauscher für den jeweiligen Verwendungszweck gezielt synthetisiert werden müssen und dadurch oft höhere Kosten verursachen. Es besteht daher ein Bedarf an einem äußerst kostengünstigen Material, das eine effektive Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern möglich macht.
Aus der Druckschrift WO 97/06222 sind bereits kostengünstige Filtermittel bzw. Ab-/Adsorptionsmittel für Gase und Flüssigkeiten auf der Basis von Gummimulch bekannt, wobei jedoch der Hauptverwendungszweck im Einsatz als Ölfiltermatten besteht. Der Gummimulch kann Beimengungen enthalten, die einer großen Anzahl sehr unterschiedlicher Stoffklassen angehören, z. B. auch Porenbetonteilchen. Die WO 97/06222 enthält jedoch keine zuverlässigen Angaben zur Funktionalität dieser Beimengungen, sondern nur den Hinweis, dass die Saugmatten bzw. Filtermatten eine unspezifische mechanische Filterwirkung bzw. ein durch die Porosität der verwendeten Materialien bedingtes unspezifisches Saugvermögen besitzen. Die in der WO 97/06222 beschriebenen Mittel, wozu auch Porenbeton alternativ z. B. zu Kork oder Holzspänen als saugfähige Beimengung gehört, wirken daher in Bezug auf Schwermetalllösungen lediglich als saugfähiges Material. Hinweise, welche Bestandteile der in den Ölfiltermatten verwendeten Stoffe eine spezifische Wirkung bezüglich Schwermetallionen besitzen, sind jedoch nicht enthalten.
Der Druckschrift DE 102 10 786 A1 ist ein "Verfahren zur Herstellung von hochreaktiven Reagentien zur Reinigung von Wasser, welches mit organischen, anorganischen oder biologischen Schad- oder Inhaltsstoffen belastet ist" entnehmbar. Bei der in diesem Verfahren verwendeten Adsorbermischung wird ohne funktionale Spezifizierung auch Gasbetonstaub als eines von fast 30 lediglich summarisch aufgezählten Materialien genannt, die bei der Herstellung der Adsorbermischungen als Zusatzstoffe eingesetzt werden können. Zwar wird auch auf die Verwendbarkeit der hergestellten Adsorbermischungen für die Entfernung von Schwermetallen aus Wasser hingewiesen. Jedoch enthält die Druckschrift keine Hinweise, welche Bestandteile der in den Adsorbermischungen verwendeten Hauptkomponenten und Zusatzstoffe spezifisch geeignet sind, Schwermetallionen in wasserunlösliche Verbindungen zu überführen.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 697 04 169 T2 ein „Verfahren zur Reinigung eines Metallionen enthaltenden Fluids durch Inkontaktbringen des genannten Fluids mit einem Material, das diese Metallionen adsorbiert" bekannt, bei dem das Sorbentmaterial aus Feldspaterzen natürlichen Ursprungs besteht, welche aus Albit, Anorthit, Orthoklas und Quarz in variablen Anteilen zusammengesetzt sind. Mangels einer funktionalen Spezifizierung der Bestandteile des Feldspaterzes enthält die DE 697 04 169 T2 keine Angaben über eine geeignete Vorbehandlung von Porenbetonmaterialien, um Schwermetallionen aus Abwässern adsorptiv und unter Bildung wasserunlöslicher Verbindungen zu entfernen.
Um die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung umfangreiche Untersuchungen durchgeführt und gefunden, dass sich geeignet vorbehandelte Porenbetonmaterialien zur Abtrennung von Schwermetallionen aus Abwässern eignen.
Porenbetonmaterialien bestehen im Wesentlichen aus Tobermorit, Quarz, Calcit, Dolomit, Albit, Caolinit, Biotit und Orthoklas, wobei die Hauptbestandteile Tobermorit und Quarz umfassen. Sie fallen in Granulat- oder Pulverform in großen Mengen bei der Formung und Bearbeitung von Bauelementen aus Porenbeton an, und es besteht ein großer Bedarf an neuartigen Verwendungsmöglichkeiten für dieses Material.
Aus dem Stand der Technik sind einige Untersuchungen darüber bekannt, dass synthetische Tobermorite sowohl zum Ionenaustausch fähig sind, als auch Metallionen im Gitter aufnehmen können. Nach den Ergebnissen von El-Korashy zeigten die synthetischen 11,3 A-Tobermorite die Fähigkeit, Ca²⁺ gegen Metall(M⁺)-Kationen (M⁺ = K⁺, Na⁺, Li⁺) aus ihren Hydroxiden auszutauschen und aufzunehmen (vgl. S. A. El-Korashy, Monatshefte für Chemie, 1997, 128, 599–607). Dabei zeigte sich, dass die Reaktivität stark vom pH-Wert und von der Kationenfeldstärke, hingegen weniger vom Ionenradius des verwendeten Alkalimetalls abhängt. Stade fand, dass die Aufnahme von Metallhydroxiden vermutlich durch eine Reaktion des Hydroxids mit den SiOH-Gruppen an der Oberfläche der Zwischenschicht erfolgt (vgl. H. Stade, Chem. Concr. Res. 1989, 19, 802). Durch Hydrolyse der Si-O-Si-Bindungen wurde der Kationenaustauschprozess erleichtert. Mit höheren Konzentrationen des Alkalimetallhydroxids würde der M⁺ ↔ Ca²⁺-Austauschprozess innerhalb der Zwischenlage in einem kleineren Umfang stattfinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern auf der Basis von Porenbetonmaterialien zur Verfügung zu stellen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der spezifischen Oberfläche einer Porenbetonprobe von der Calcinationstemperatur zeigt.
2 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der spezifischen Oberfläche einer Porenbetonprobe von der Caicinationszeit zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die Ionendissoziation aus Porenbeton in einer wässrigen Suspension von Porenbetongranulat zeigt.
4 ist ein Diagramm, das Röntgen-Pulverdiffraktogramme einer unbehandelten und einer mit Wasser behandelten Porenbetonprobe zeigt.
5 zeigt ein IR-Spektrum einer 24 h lang mit Wasser behandelten Porenbetonprobe.
6 zeigt Röntgen-Pulverdiffraktogramme von Porenbetongranulat nach der Behandlung mit 0,1 M und 1 M Kaliumchrom(III)sulfat-Lösung.
7 zeigt Röntgen-Pulverdiffraktogramme von Porenbetongranulat nach der Behandlung mit 0,035 M und 0,35 M Kaliumchrom(III)sulfat-Lösung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern, bei dem Schwermetallionen an bei 50°C bis 700°C calcinierten Porenbetongranulaten, deren Hauptbestandteile synthetischen 1,13-nm-Tobermorit und Quarz umfassen, adsorbiert und als wasserunlösliche Schwermetallsilikate angelagert werden.
Die Korngröße der verwendeten Porenbetongranulate liegt in einem Bereich von 1 μm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 45 μm bis 2 mm, und noch bevorzugter in einem Bereich von 45 μm bis 800 μm. Porenbetongranulate mit einem weiten Korngrößenbereich können leicht durch Sieben in einzelne Fraktionen mit den gewünschten Korngrößenbereichen aufgeteilt werden. Es wurde festgestellt, dass Porenbetonpartikel mit sehr kleinen Korngrößen (< 45 μm) einen stärker basischen Oberflächencharakter aufweisen, als Porenbetonpartikel mit mittleren Korngrößen im Bereich von etwa 0,500 bis 0,710 mm. Dies kann bei der Auswahl geeigneter Korngrößenfraktionen für die nachfolgende Verwendung als Adsorbentien eine Rolle spielen.
Durch die Calcinierung wird die spezifische Oberfläche der Porenbetongranulate erhöht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde der Effekt des Calcinierens auf die spezifische Oberfläche von Porenbetongranulaten genauer untersucht. Als eine physikalische Charakteristik der Porenbetongranulate ließ sich die spezifische Oberfläche mit Hilfe der BET-Methode bestimmen. Dabei wird das Volumen des Stickstoffgases gemessen, das einer monomolekularen Bedeckung der Oberfläche entspricht, und aus den Ergebnissen wird die Gesamtoberfläche (äußere und innere) berechnet. Insbesondere wurde untersucht, wie sich die spezifische Oberfläche in Abhängigkeit von der Calcinationstemperatur und der Calcinationszeit verändert (siehe Ausführungsbeispiel 1). Das Tempern von Porenbetonproben (für eine Korngröße von 0,315–1,4 mm) führte bis 600°C zuerst zu einer Vergrößerung der Oberfläche und dann ab 600°C zu einer steilen Oberflächenschrumpfung. Die Ergebnisse der BET-Messungen für die spezifische Oberfläche bei verschiedenen Temperaturen sind in 1 dargestellt. Die Vergrößerung der Oberfläche bei Temperaturen unterhalb von 600°C ist mit Abgabe des koordinativ gebundenen Wassers im Kristallgitter zu erklären. Oberhalb von 600°C treten wahrscheinlich strukturelle Veränderungen auf.
Durch weitere Messungen wurde festgestellt, dass die Größe der Porenbetonoberfläche auch abhängig von der Calcinationszeit ist. 2 zeigt die experimentellen Daten für diese Abhängigkeit.
Bei Calcination über 10 Stunden bei einer Temperatur von 50°C ist kaum eine Veränderung der spezifischen Oberfläche zu beobachten; bei 10 bis 20 Stunden erhöht sie sich steil, und bei über 20 bis 50 Stunden nimmt sie langsam ab. Diese Oberflächenverringerung in Abhängigkeit von der Calcinationszeit ist mit einer kinetisch bedingten Umwandlung des Materials erklärbar.
Die Calcinationstemperatur ist nicht besonders eingeschränkt und liegt normalerweise in einem Bereich von 30°C bis 1200°C, vorzugsweise in einem Bereich von 50°C bis 700°C. Besonders bevorzugt ist ein Calcinationstemperatur-Bereich von 100°C bis 600°C. Auch die Calcinationszeit ist nicht besonders eingeschränkt. Sie liegt normalerweise in einem Bereich von 10 min bis 7 d, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 h und 48 h, und am bevorzugtesten in einem Bereich zwischen 1 h und 24 h.
Es wurde auch untersucht, ob das Porenbetongranulat seine Alkali- und Erdalkaliionen in wässriger Lösung freisetzen und gegen andere Metallkationen austauschen bzw. diese aufnehmen kann. Um diese Möglichkeit zu beweisen, wurden Granulatproben in Wasser 24 Stunden geschüttelt. Danach wurde die wässrige Lösung dekantiert und durch atomabsorptionsspektroskopische Untersuchung die Art und die Konzentration der dissoziierten Ionen bestimmt (siehe Ausführungsbeispiel 2). Der Porenbeton wurde anschließend getrocknet und röntgenpulverdiffraktometrisch sowie IR-spektroskopisch untersucht (siehe Ausführungsbeispiele 3 und 4).

In der wässrigen Lösung wurden nach 24 Stunden Ca²⁺, Na⁺, K⁺ und Al³⁺ qualitativ nachgewiesen. In Tabelle 1 sind die quantitativen Ergebnisse der AAS-Analyse für die dissoziierten Kationen dargestellt. Es wurde festgestellt, dass im Wesentlichen Calciumionen und Natriumionen freigesetzt werden. Um Größenordnungen geringer ist die Freisetzung von Kaliumionen und Aluminiumionen. Somit war die Voraussetzung gegeben für eine erfolgreiche Einlagerung und Adsorption von toxischen Schwermetallionen in die Porenbetongranulate. TABELLE 1

Nr	Al mol/l 10^–6	K mol/l 10^–6	Na mol/l 10^–3	Ca mol/l 10^–3
1.	4,79	0,307	1,02	3,35
2.	1,05	0,422	3,85	2,90
3.	9,02	0,465	1,21	4,03
4.	9,32	0,376	1,03	3,6
5.	3,74	0,417	0,97	3,0

Konzentration der dissoziierten Kationen bei einem System aus 2 g Porenbetonmaterial in 100 ml H₂O nach 24 h.

In 3 ist der Mittelwert der Konzentration der dissoziierten Kationen dargestellt. Auch aus diesen Daten ist ganz klar zu ersehen, dass hauptsächlich Ca² ⁺- und Na⁺-Kationen freigesetzt werden.
Im Ergebnis dieser Untersuchungen zum Verhalten von Porenbetongranulaten in wässriger Suspension wurde somit festgestellt, dass im Wesentlichen nicht-toxische Natrium- und Calciumionen freigesetzt werden.
Die Pulverdiffraktogramme der behandelten Porenbetonproben unterscheiden sich kaum von denen des unbehandelten Materials (4, siehe Ausführungsbeispiel 3). Auf Grund der Kationendissoziation wurde beobachtet, dass nur die Größe der Kristalle abnimmt.
IR-spektroskopische Messungen wurden im mittleren und nahen Infrarotbereich an KBr-Presslingen durchgeführt. 5 zeigt ein typisches IR-Spektrum einer Porenbetonprobe, die 24 Stunden lang mit Wasser behandelt und anschließend abfiltriert und getrocknet worden war. Es sind alle charakteristischen Banden im mittleren Infrarotbereich (450, 670, 780, 870, 970, 1400–1500, 1630, 3400 cm^–1) und im Nahinfrarotbereich (4500 und 5200 cm^–1) wie beim unbehandelten Porenbeton zu erkennen. Interessant ist die Tatsache, dass die Intensitäten der Banden bei 1430, 3500 und 4500 cm^–1 im Vergleich zum unbehandelten Porenbeton ansteigen. Dies ist mit dem vom Porenbetonmaterial aufgenommenen Wasser zu erklären. Diese zusätzliche Wasseraufnahme ist durch eine Koordination mit den SiO₄-Tetraedern möglich. Die Aufspaltung der Bande zwischen 1400–1500 cm^–1 in zwei neue bei 1450 und 1480 cm^–1 und die intensivere Bande bei 4500 cm^–1 unterstützt die Vermutung, dass die Deformationsschwingung δSiOH tatsächlich zwischen 1400–1500 cm^–1 erscheint.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das schwermetallhaltige Abwasser mit einer geeigneten Menge Porenbetongranulat versetzt und solange gerührt, bis die betreffenden Schwermetalle vollständig am Porenbetongranulat adsorbiert sind. Die Dauer dieses Vorgangs liegt im Allgemeinen in einem Bereich zwischen 0,5 und 24 Stunden. Das schwermetallbeladene Porenbetongranulat kann anschließend nach bekannten Verfahren abfiltriert, getrocknet und einer Deponierung zugeführt werden.
Die Schwermetallionen, die in wässriger Suspension an Porenbetongranulaten adsorbiert werden können, umfassen generell Metalle der Gruppen 3 bis 15 des Periodensystems sowie der Actinoide. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Schwermetallionen, die in wässriger Suspension an Porenbetongranulaten adsorbiert werden können, insbesondere die Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Cobalt, Nickel, Kupfer, Cadmium, Quecksilber, Thallium, Blei, Eismut, Uran und Thorium.

Ein typisches Beispiel für die erfindungsgemäße Abtrennung eines toxischen Schwermetallions aus einer wässrigen Lösung (z.B. Abwasser) mittels der calcinierten Porenbetongranulate ist die Abtrennung von Cr³⁺-Ionen aus Lösungen von Kaliumchrom(III)sulfat. Um die Wirkung der Porenbetongranulate nachzuweisen, wurden Porenbetongranulate mit wässrigen Lösungen von Kalium-chrom(III)sulfat 24 Stunden lang gerührt und anschließend abfiltriert. In den erhaltenen Filtraten wurden die restlichen Cr³⁺-Ionen sowie die durch Ionenaustausch freigesetzten Aluminium, Natrium- und Calciumionen quantitativ bestimmt. In der Tabelle 2 sind die Konzentrationen der Chrom-, Aluminium-, Natrium-, und Calciumionen nach der Reaktion mit Porenbeton dargestellt. Tabelle 3 zeigt die berechneten Werte für Cr in der Festphase im Vergleich zu den Ca² ⁺-(+Ca in Form von CaSO₄)-, Na⁺- und Al³⁺-Ionen. Tabelle 2

Molarkonz der KCr(SO₄)₂-Lsg, ·10^–3 [mol/l]	Ausgangskonz. Cr, [mg-Äquiv./l]	Metallkonzentration nach der Reaktion mit Porenbeton, [mg-Äquiv./l], nach 24 h
		Cr	Al	Na	Ca
1	26	0,0097	0,0598	91	207
2	104	0,0129	0,0043	130	251,5
4	280	0,0167	0,0450	102	274,5
6	312	0,0333	0,0032	85	280
8	416	0,0373	0,0710	102	300
10	520	0,0219	0,0200	98,7	240
12	624	0,0400	0,0430	159	203
16	832	0,0482	0,0450	100	234,5
20	1040	0,1936	0,0860	133	223

Konzentration der Metallkationen des Porenbetons nach einer Reaktion mit Kalium-chrom(III)sulfat Tabelle 3

Molarkonz der KCr(SO₄)₂-Lsg, ·10^–3 [mol/l]	Aufgenommene Menge Cr in der Festphase, [mg-Äquiv./g]	Σ Ca + Na + Al +. Ca(in Form von CaSO₄)
1	25,9904	300,8700
2	103,9871	358,3143
4	279,9833	381,6850
6	311,9667	371,4132
8	415,9627	410,4910
10	519,9781	350,7500
12	623,9600	370,0630
16	831,9518	396,7050
20	1039,8064	430,2710

Berechnete Werte für Cr in der Festphase

Es ist aus den Ergebnissen klar ersichtlich, dass mit der Erhöhung der Ausgangskonzentration des Chroms die Summe der mg-Äquiv./l freigesetzten Metallionen und Ca²⁺ in Form von Calciumsulfat im Wesentlichen niedriger ist als die gesamte Menge der von der Porenbetonphase aufgenommenen Cr-Ionen. Dies entspricht nicht einem äquivalenten Ionenaustausch des Chroms mit dem Metallkationen des Materials, sondern gleichzeitig einem Ionenaustausch und einer Integration des Chroms im Mineralgitter. Mit der Erhöhung der Chromkonzentration in der Ausgangslösung wurde der Ionenaustausch erschwert. Im Gegensatz dazu wurde die Aufnahme von Chromionen bevorzugt.
Mit Hilfe der XRD-Analyse wurden die Änderungen in der Kristallstruktur der Porenbetongranulate nach der Adsorption von Chrom(III)-Ionen untersucht. Die XRD-Spektren zeigten, dass nach der Reaktion des Porenbetongranulats mit dem Kaliumchrom(III)sulfat neue Reflexe vorhanden sind. Diese Strukturänderungen sind mit der Freigabe von Calcium-, Kalium- und Natriumionen und mit einem Austauschprozess dieser Metallionen mit den Chromionen aus der Lösung und mit einer Aufnahme der Chromionen in das Gitter verbunden. Die neuen scharfen Reflexe sind den gebildeten Cr-Silikat-Einheiten zuzuordnen (6 und 7).
Somit beruht die Verwirklichung der vorliegenden Erfindungen auf folgenden wesentlichen Aspekten:
Bei der erfindungsgemäßen Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern mittels calcinierter Porenbetongranulate werden durch Ionenaustausch ausschließlich nicht-toxische Metallionen freigesetzt. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Natrium- und Calciumionen, sowie in geringerem Ausmaß um Kalium- und Aluminiumionen. Bei der erfindungsgemäßen Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern mittels Porenbetongranulaten werden wasserunlösliche Schwermetallsilikate gebildet, die fest mit dem Porenbetonmaterial verbunden sind. Dies ermöglicht eine leichte und vollständige Abtrennung und anschließende Deponierung der schwermetallbeladenen Porenbetonmaterialien.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt gleichzeitig ein Ionenaustausch und eine Integration des toxischen Schwermetallions in das Kristallgitter des Porenbetonmaterials. Als industrielles Abfallprodukt sind die Porenbetongranulate äußerst kostengünstig für den erfindungsgemäßen Zweck verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es ist davon auszugehen, dass diese Ausführungsbeispiele nur veranschaulichenden Charakter haben und die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Für Fachleute auf dem Gebiet der Adsorption und Abwasserreinigung wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Ergänzungen durchgeführt werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsbeispiel 1
Calcinierung der Porenbetongranulate
Die verwendeten Porenbetongranulate wurden einer Calcinierungsbehandlung unterzogen (vgl. 1 und 2). Falls gewünscht, wurden die calcinierten Porenbetongranulate durch Sieben nach Korngrößenbereichen sortiert. Eine weitergehende Behandlung ist für die Verwendung zur Abwasserreinigung nicht erforderlich.
Ausführungsbeispiel 2
AAS-Analyse der aus Porenbetongranulaten in wässriger Suspension freigesetzten Ionen
Zum Nachweis der Ionen, die aus Porenbetongranulaten in wässriger Suspension ausgetauscht werden, wurden 5 verschiedene Porenbetongranulatproben (je 2 g) in Wasser (100 ml) 24 Stunden lang geschüttelt. Danach wurde die wässrige Lösung dekantiert und durch atomabsorptionsspektroskopische Untersuchung (AAS) die Art und die Konzentration der dissoziierten Ionen bestimmt. In der wässrigen Lösung nach 24 Stunden wurden Ca²⁺, Na⁺, K⁺ und Al³⁺ qualitativ nachgewiesen (vgl. Tabelle 1 und 3).
Ausführungsbeispiel 3
Röntgen-Pulverdiffraktometrische Untersuchung der Porenbetongranulate nach Behandlung mit Wasser
Die Behandlung von Porenbetongranulaten mit Wasser wurde wie im Ausführungsbeispiel 2 beschrieben durchgeführt. Anschließend wurden die Porenbetongranulate abfiltriert und getrocknet. Mittels Röntgen-Pulverdiffraktometrie wurde nachgewiesen, dass bei der Behandlung der Porenbetongranulate auf Grund der Kationendissoziation lediglich die Größe der Kristalle abnimmt, aber die Gesamtstruktur im Wesentlichen erhalten bleibt (4).
Ausführungsbeispiel 4
IR-spektroskopische Untersuchung der n Adsorbentien auf der Basis von Porenbetongranulaten
Die Behandlung von Porenbetongranulaten mit Wasser wurde wie im Ausführungsbeispiel 2 beschrieben durchgeführt. Anschließend wurden die Porenbetongranulate abfiltriert und getrocknet. IR-spektroskopische Messungen wurden im mittleren und nahen Infrarotbereich an KBr-Presslingen durchgeführt.
Ausführungsbeispiel 5
Versuchsreihe zur Adsorption von Chrom(III)-Ionen aus wässrigen Lösungen mittels der Porenbetongranulate
Porenbetongranulate wurden in einer wässrigen Lösung von Kalium-chrom(III)sulfat suspendiert und 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurden die mit Cr³⁺ beladenen Porenbetongranulate abfiltriert und getrocknet. Im Filtrat wurden die Konzentrationen von Chrom-, Aluminium-, Natrium-, und Calciumionen quantitativ bestimmt (vgl. Tabellen 2 und 3).
Ausführungsbeispiel 6
XRD-Analyse der Porenbetongranulate nach Adsorption von Chrom(III)-Ionen aus wässrigen Lösungen
Wie im Ausführungsbeispiel 5 beschrieben, wurden Porenbetongranulate in einer wässrigen Lösung von Kalium-chrom(III)sulfat suspendiert und 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurden die mit Cr³⁺ beladenen Porenbetongranulate abfiltriert und getrocknet. Mittels XRD-Analyse wurden die Änderungen in der Kristallstruktur untersucht (vgl. 5).

Claims

Verfahren zur Abtrennung von toxischen Schwermetallionen aus Abwässern, bei dem Schwermetallionen an bei 50°C bis 700°C calcinierten Porenbetongranulaten, deren Hauptbestandteile synthetischen 1,13-nm-Tobermorit und Quarz umfassen, adsorbiert und als wasserunlösliche Schwermetallsilikate angelagert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Porenbetongranulate Korngrößen in einem Bereich von 1 μm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 45 μm bis 2 mm, und am bevorzugtesten in einem Bereich von 45 μm bis 800 μm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwermetallionen Metalle der Gruppen 3 bis 15 des Periodensystems sowie der Actinoide umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwermetallionen insbesondere die Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Cobalt, Nickel, Kupfer, Cadmium, Quecksilber, Thallium Blei, Eismut, Uran und Thorium umfassen.