DE202022100603U1

DE202022100603U1 - Ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen

Info

Publication number: DE202022100603U1
Application number: DE202022100603.2U
Authority: DE
Original assignee: Bagla Hemlata K; Barot Nisha S
Current assignee: Bagla Hemlata K; Barot Nisha S
Priority date: 2022-02-02
Filing date: 2022-02-02
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2032-02-03

Abstract

Ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen, wobei das System umfasst:
einen ersten Behälter zur Herstellung von Stammlösungen von 1 mg/ml Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) unter Verwendung von Cr₂O₃, CrO₃, Cd(NO₃)₂, HgCl₂ und SrCl₂, während die übrigen Lösungen unter Verwendung von destilliertem Wasser in einem zweiten Behälter hergestellt und durch Standardanalyseverfahren standardisiert werden;
ein radioaktiver Tracer zur Untersuchung der Rückgewinnung und des Verlusts einer Mikrokomponente, bei dem ein radioaktiv markiertes Element oder eine Verbindung, die chemisch mit der Mikrokomponente identisch ist, der Probe vor der Anreicherung zugesetzt wird und dessen Verhalten durch eine empfindliche, schnelle und selektive Radioaktivitätsmessung verfolgt wird;
eine Extraktionsanlage zur Extraktion von Huminsäure (HA) aus trockenem Kuhmistpulver (DCP) (100 mesh), und es werden angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um jegliche Kontamination zu vermeiden;
einem Ofen zum Trocknen von DCP nach Entfernung von HA und gründlichem Waschen mit destilliertem Wasser gemäß dem Standardprotokoll, wobei sich für die vergleichende Biosorption die Maschenweite 100 als optimal erwiesen hat und daher ausgewählt wurde;
einen mechanischen Rührer zum Mischen von Humiresin mit 10 ml einer Lösung, die Radiotracer und 1 mg/ml Trägerlösung enthält, wobei der pH-Wert eingestellt und das resultierende Aliquot 10 Minuten lang mit dem mechanischen Rührer äquilibriert und dann zentrifugiert wird; und
ein Einkanal-Gammastrahlenspektrometer vom Typ NaI(TI)-Well, das für die Messung der Aktivität im Überstand für Gammastrahler konfiguriert ist, und einen Geiger-Muller-Zähler vom Endfenster-Typ in Verbindung mit einem Dekaden-Skalar, einem Zeitgeber und einer Hochspannungseinheit für den Betastrahler.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Huminstoffe (HSs) sind in allen Systemen allgegenwärtig und stellen die wichtigste Verbindung aller nicht lebenden natürlichen organischen Stoffe dar. Es handelt sich um ein heterogenes Gemisch morphologisch veränderter Abbauprodukte von Biomolekülen, die bei der Befeuchtung zu einer Familie amorpher, polyelektrolytischer, polydisperser und kolloidaler Verbindungen führen. Die Humifizierung ist sehr empfindlich gegenüber pH-Wert, Temperatur und klimatischen Bedingungen. Sie besitzen einen einzigartigen konjugierten Chelatanteil (Keto-Enol), der die Struktur der Huminsäuren in Abhängigkeit von ihrer Umgebung verändert. HSs haben eine große Anzahl hydrophiler funktioneller Gruppen: Carboxyl (-COOH), Phenol- und/oder Hydroxyl (-OH), Carbonyl (>C = O) und Amingruppen (-NH2). Hydroxyl- und Carboxylgruppen verleihen HS typische Eigenschaften. Der Anteil der -COOH-Gruppen beträgt oft mehr als 50 %. Huminstoffe (HS) setzen sich aus Huminsäure (HA), Fulvosäure (FA) und anderen organischen Resten zusammen.
HA ist die Fraktion der Huminstoffe, die unter sauren Bedingungen (pH < 2) in Wasser unlöslich ist und ein polydisperses Makromolekül darstellt, dass aus Aminosäuren, Aminozuckern, Peptiden und aliphatischen Verbindungen usw. besteht. HA interagiert nachweislich mit über 50 Elementen des Periodensystems, karzinogenen Bestandteilen, Nährstoffen, Radionukliden, toxischen Metallen und anthropogenen Verbindungen. Bei niedrigem pH-Wert bildet es Aggregate aus länglichen Faserbündeln, bei hohem pH-Wert eine offene und flexible Struktur, die von Hohlräumen durchzogen ist. Die Hohlräume können sowohl organische als auch anorganische Stoffe einschließen und adsorbieren, wenn die Ladungen komplementär sind. Diese inhärente Eigenschaft verleiht HA die Eigenschaften eines natürlichen Adsorptionsmittels. HA bindet anthropogene organische Verbindungen, wirkt photosensibilisierend auf chemische Reaktionen und bildet Komplexe mit Schwermetallen sowie mit Karzinogenen.
Synthetische Huminstoffe, Na- oder K-Salze von HA oder FA, die bisher für die Bioremediation eingesetzt wurden, werden meist aus der abiotischen Nische der Lithosphäre und der Hydrosphäre gewonnen, da sie biologisch abbaubare Stoffe humifizieren. HA aus der tiefen Lithosphäre (Braunkohle) enthält minderwertige Kohle, die unerwünscht ist und sich schlecht als Wachstumsstimulator eignet. Oberflächen-HA auf Lithosphärenbasis (Leonardit) enthält Verunreinigungen wie Ton, Schiefer, Kieselsäure, Gips und andere anthropogene Schadstoffe. HA auf Hydrosphärenbasis (Meeres- oder Flusswasser) enthält einen sehr geringen Anteil an HA, eine reichhaltige unerwünschte Mikroflora und Wasserschadstoffe. Auch die Vor- und Nachbereitung der HA-Konzentration ist zeitaufwendig und erfordert einen höheren Reinigungsgrad. Dies führt dazu, dass viele unerwünschte chemische Schritte anfallen, die die Kosten des eigentlichen Extraktionsprozesses erhöhen und die gesetzlichen Normen für die Umweltsicherheit in Frage stellen. In der Praxis erfordern diese Materialien ein gewisses Maß an vor- oder nachgelagerter physikalischer und chemischer Verbesserung, um als Adsorptionsmittel optimiert zu werden, was die Wirtschaftlichkeit des gesamten Adsorptionsprozesses weiter erhöht. Außerdem muss nach Abschluss der Sorption eine sichere und einfache Entsorgungsmethode für den Schlamm entwickelt werden, um als umweltfreundliches Adsorptionsmittel zu gelten.
Ein Überblick über die Bioremediation verschmutzter Gewässer zeigt, dass es eine Vielzahl natürlicher und synthetischer Biomasse biotischen und abiotischen Ursprungs sowie pflanzlichen und tierischen Ursprungs oder sogar aus Industrieabfällen gibt, die erfolgreich zur Beseitigung toxischer Metallschadstoffe eingesetzt werden. Die Verfügbarkeit ist ein wichtiger Faktor, der bei der Auswahl von Biomasse für Sanierungszwecke berücksichtigt werden muss. Die Ökonomie der Umweltsanierung diktiert, dass die Biomasse aus der Natur stammen muss oder sogar ein Abfallmaterial sein muss, und hat durch das Konzept „Abfall ist die Ware“ neue Perspektiven erhalten.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung zielt darauf ab, ein System zur biosorptiven Profilierung von Humiresin sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs für die Abwassersanierung bereitzustellen.
In einer Ausführungsform wird ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen offenbart. Das System umfasst einen ersten Behälter zur Herstellung von Stammlösungen von 1 mg/ml Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) unter Verwendung von Cr₂O₃, CrO₃, Cd(NO₃)₂, HgCl₂ und SrCl₂, während die verbleibenden Lösungen unter Verwendung von destilliertem Wasser in einem zweiten Behälter hergestellt und durch Standard-Analyseverfahren standardisiert werden. Das System umfasst ferner einen radioaktiven Tracer zur Untersuchung der Rückgewinnung und des Verlusts einer Mikrokomponente, wobei ein radioaktiv markiertes Element oder eine Verbindung, die chemisch mit der Mikrokomponente identisch ist, der Probe vor der Anreicherung zugesetzt wird und ihr Verhalten durch eine empfindliche, schnelle und selektive Radioaktivitätsmessung verfolgt wird. Das System umfasst ferner eine Extraktionseinheit zur Extraktion von Huminsäure (HA) aus trockenem Kuhmistpulver (DCP) (100 mesh), wobei angemessene Vorkehrungen getroffen werden, um jegliche Kontamination zu vermeiden. Das System umfasst ferner einen Ofen zum Trocknen von DCP nach der Entfernung von HA und gründlichem Waschen mit destilliertem Wasser gemäß dem Standardprotokoll, wobei sich für die vergleichende Biosorption die Maschengröße 100 als optimal erwiesen hat und daher ausgewählt wurde. Das System umfasst ferner einen mechanischen Rührer zum Mischen von Humiresin mit 10 ml einer Lösung, die Radiotracer und 1 mg/ml Trägerlösung enthält, wobei der pH-Wert eingestellt und das resultierende Aliquot 10 Minuten lang mit dem mechanischen Rührer äquilibriert und dann zentrifugiert wird. Das System umfasst ferner ein Einkanal-Gammastrahlenspektrometer vom Typ NaI(TI)-Well, dass für die Messung der Aktivität im Überstand für Gammastrahler konfiguriert ist, und einen Geiger-Muller-Zähler vom Endfenster-Typ in Verbindung mit einem Dekaden-Skalar, einem Zeitgeber und einer Hochspannungseinheit für den Betastrahler.
In einer anderen Ausführungsform bietet die Tracer-Technik einige einzigartige Vorteile wie hohe Empfindlichkeit, zerstörungsfreies Muster, Freiheit von Reagenzienrohlingen und dergleichen.
In einer anderen Ausführungsform werden Radiotracer für die einfache Überwachung des Prozesses verwendet, bei der auf die Aliquotierung der Probe unmittelbar die Zählung des Radionuklids folgt, wobei Radiotracer den einzigartigen Vorteil haben, dass sie keine Reagenzienleerstellen und ein zerstörungsfreies Analysemuster erfordern.
In einer anderen Ausführungsform wird ein vergleichender Biosorptionstest mit Chargenäquilibrierung durchgeführt, bei dem die Aufnahme von Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) mit Hilfe der entsprechenden Radiotracer Cr-51, Cd-115m, Hg-203 und Sr-90 untersucht wird.
In einer anderen Ausführungsform werden alle fünf Humiresine vor der Verwendung ordnungsgemäß getrocknet, um eine Oxidation durch Säure aufgrund des Vorhandenseins eines Gemischs von Alkoholen, falls vorhanden, zu verhindern, wobei die Abwesenheit von Alkohol in DCP durch eine FTIR-Analyse von DCP bestätigt wird, die keine charakteristische Alkoholbande aufweist.
In einer anderen Ausführungsform wird die Wirkung verschiedener experimenteller Parameter wie pH-Wert (von 1-10), Metallionenkonzentration (0.5-20 mg/ml), Kontaktzeit (0-30 min), Rührgeschwindigkeit (0-5000 rpm), Adsorptionsmittelmenge (50-1000 mg), Temperatur (273-373 K), Adsorptionskapazität und Interferenz verschiedener Salze untersucht, um die Parameter für die Entwicklung eines effizienten Adsorptionsprozesses zu optimieren.
In einer anderen Ausführungsform wird die im Überstand vorhandene Aktivität gemessen, nachdem der Überstand abgetrennt und das Adsorbens mit 5 ml destilliertem Wasser gewaschen wurde.
Gegenstand der vorliegenden Veröffentlichung ist die Untersuchung des biosorptiven Profils von Humiresin sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs für die Abwassersanierung.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Bewertung der biologischen Sanierungseffizienz natürlicher Huminstoffe im Vergleich zu ihren synthetischen Gegenstücken.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenlegung ist die Durchführung eines vergleichenden Chargen-Equilibrations-Biosorptionstests unter Verwendung von Radiotracern auf verschiedenen Humi-Harzen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein schnelles und kostengünstiges System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen bereitzustellen.
Zur weiteren Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:

1 ein Blockdiagramm eines Systems für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 die Auswirkung des pH-Wertes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 veranschaulicht Tabelle 1, die den biosorptiven Test von Elementen auf verschiedene Humiresine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 zeigt Tabelle 2, in der die optimierten Prozessparameter für die Biosorption von DCP in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind;
5 zeigt Tabelle 3, in der die thermodynamische Modellierung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
6 zeigt die Tabelle 4, die die kinetische Modellierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7 zeigt Tabelle 5, die die isotherme Modellierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
8 zeigt Tabelle 6, in der nicht störende und störende Liganden mit optimierten Biosorptionsprozessparametern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind.

Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.
Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserschadstoffen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das System 100 umfasst einen ersten Behälter 102 zur Herstellung von Stammlösungen von 1 mg/ml Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) unter Verwendung von Cr₂O₃, CrO₃, Cd(NO₃)₂, HgCl₂ und SrCl₂, während die übrigen Lösungen unter Verwendung von destilliertem Wasser in einem zweiten Behälter 104 hergestellt und durch Standardanalyseverfahren standardisiert werden.
In einer Ausführungsform wird ein radioaktiver Tracer 106 mit radioaktiver Tracertechnik zur Untersuchung der Wiederfindung und des Verlusts einer Mikrokomponente eingesetzt, bei der ein radioaktiv markiertes Element oder eine Verbindung, die chemisch mit der Mikrokomponente identisch ist, der Probe vor der Anreicherung zugesetzt und ihr Verhalten durch eine empfindliche, schnelle und selektive Radioaktivitätsmessung verfolgt wird. Im Vergleich zum klassischen Ansatz bietet die Tracer-Technik einige einzigartige Vorteile wie hohe Empfindlichkeit, zerstörungsfreies Muster, Freiheit von Reagenzienleerstellen usw. Radiotracer werden für die einfache Überwachung des Prozesses verwendet, wobei auf die Aliquotierung der Probe sofort die Zählung des Radionuklids folgt. Außerdem haben Radiotracer den einzigartigen Vorteil, dass kein Reagenzienleerwert vorhanden ist und die Analyse zerstörungsfrei verläuft.
In einer Ausführungsform ist eine Extraktionseinheit 108 für die Extraktion von Huminsäure (HA) aus trockenem Kuhmistpulver (DCP) (100 Mesh) konfiguriert, und es werden angemessene Vorkehrungen getroffen, um jegliche Kontamination zu vermeiden.
In einer Ausführungsform wird ein Ofen 110 zum Trocknen von DCP nach Entfernung von HA und gründlichem Waschen mit destilliertem Wasser gemäß dem Standardprotokoll eingesetzt, wobei sich für die vergleichende Biosorption eine Maschenweite von 100 als optimal erwiesen hat und daher ausgewählt wird. Es hat sich herausgestellt, dass Harze mit einer Maschenweite von weniger als 100 lange brauchen, um sich nach dem Rühren abzusetzen, und dass eine Maschenweite von mehr als 100 nicht für ein gleichmäßiges Rühren geeignet ist.
In einer Ausführungsform wird ein mechanischer Rührer 112 mechanisch mit dem ersten und zweiten Behälter 102 und 104 verbunden, um Humiresin mit 10 ml Lösung, die Radiotracer und 1 mg/ml Trägerlösung enthält, zu mischen, wobei der pH-Wert eingestellt und das resultierende Aliquot 10 Minuten lang mit dem mechanischen Rührer 112 äquilibriert und dann zentrifugiert wird.
In einer Ausführungsform ist ein Einkanal-Gammastrahlenspektrometer 114 vom Typ NaI(TI)-Well zur Messung der Aktivität im Überstand für Gammastrahler und ein Geiger-Müller-Zähler vom Typ Endfenster in Verbindung mit einem Dekadenskalar, einem Zeitgeber und einer Hochspannungseinheit für den Betastrahler konfiguriert.
In einer anderen Ausführungsform bietet die Tracer-Technik einige einzigartige Vorteile wie hohe Empfindlichkeit, zerstörungsfreies Muster, Freiheit von Reagenzienrohlingen und dergleichen.
In einer anderen Ausführungsform werden Radiotracer für die einfache Überwachung des Prozesses verwendet, bei der auf die Aliquotierung der Probe unmittelbar die Zählung des Radionuklids folgt, wobei Radiotracer den einzigartigen Vorteil haben, dass sie keine Reagenzienleerstellen und ein zerstörungsfreies Analysemuster erfordern.
In einer anderen Ausführungsform wird ein vergleichender Biosorptionstest mit Chargenäquilibrierung durchgeführt, bei dem die Aufnahme von Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) mit Hilfe der entsprechenden Radiotracer Cr-51, Cd-115m, Hg-203 und Sr-90 untersucht wird.
In einer anderen Ausführungsform werden alle fünf Humiresine vor der Verwendung ordnungsgemäß getrocknet, um eine Oxidation durch Säure aufgrund des Vorhandenseins eines Gemischs von Alkoholen, falls vorhanden, zu verhindern, wobei die Abwesenheit von Alkohol in DCP durch eine FTIR-Analyse von DCP bestätigt wird, die keine charakteristische Alkoholbande aufweist.
In einer anderen Ausführungsform wird die Wirkung verschiedener experimenteller Parameter wie pH-Wert (von 1-10), Metallionenkonzentration (0.5-20 mg/ml), Kontaktzeit (0-30 min), Rührgeschwindigkeit (0-5000 rpm), Adsorptionsmittelmenge (50-1000 mg), Temperatur (273-373 K), Adsorptionskapazität und Interferenz verschiedener Salze untersucht, um die Parameter für die Entwicklung eines effizienten Adsorptionsprozesses zu optimieren.
In einer anderen Ausführungsform wird die im Überstand vorhandene Aktivität gemessen, nachdem der Überstand abgetrennt und das Adsorbens mit 5 ml destilliertem Wasser gewaschen wurde.
In einer anderen Ausführungsform wurde DCP auf seine physikalischen und chemischen Eigenschaften hin untersucht. Die physikalische Charakterisierung umfasst die Primäranalyse, die Elementzusammensetzung mittels XRF, die C-, H-, N-, S- und O-Analyse mittels CHNSO-Analysator, die REM-Analyse zur Oberflächencharakterisierung, das thermische Profil von DCP mittels TGA und DTA und die analytische spektroskopische Analyse mittels FTIR (zur Bestimmung der funktionellen Gruppen), ESR (für das Vorhandensein freier Radikale und die magnetische Suszeptibilität) und EDAX-Spektroskopie (für die qualitative und quantitative Analyse). Die FTIR-Analyse bewies die Funktionalität von DCP als Combo-Humi-Harz aufgrund des Vorhandenseins verschiedener saurer und basischer funktioneller Gruppen wie -COOH, -OH, -NH2, etc. Das REM-Muster von DCP zeigte deutlich die Oberflächentextur und Porosität von DCP. Es wurden viele Poren und kleine Öffnungen auf der Oberfläche gefunden, die für die leichtere Diffusion während des Adsorptionsprozesses verantwortlich sind.
In einer anderen Ausführungsform werden kinetische, thermodynamische und isotherme Modelle weiter untersucht, um das System so zu optimieren, dass es in der Praxis eingesetzt werden kann.
Alle experimentellen Daten werden in Tripletts gemessen und anhand der nachstehenden prozentualen Adsorptionsformel berechnet: $% Adsorption= \frac{A (i) - A (f)}{A (i)} \times 100$
wobei, $A (i) = entnommene Aktivit \ddot{a} t, A (f) = Gesamtaktivit \ddot{a} t im \ddot{U} berstand .$
Diese Studie kommt zu dem Schluss, dass beim Vergleich des biosorptiven Profils verschiedener Humiresine synthetischen und natürlichen Ursprungs DCP die verschiedenen Metallionen in beträchtlicher Weise entfernen kann und dass dies ein Hinweis auf die Durchführbarkeit des Prozesses ist, der das Prinzip der Grünen Chemie, ein Maximum mit einem Minimum zu ernten, unterstützt.
Thermodynamische Studien zeigen, dass die Adsorption aller untersuchten Metallionen auf DCP ein spontaner und exothermer Prozess mit hoher Affinität der Metallbindung ist. Die Änderung der freien Energie ist für jedes System negativ mit Werten von -2.6333, -2.837, -4.510, -4.242 und -5.560 kJ mol-1 für Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) bzw. Sr(II). Die Enthalpieänderung ist mit -5.499, -4.757, -10.302, -10.421 und -6.396 kJ mol-1 für Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) negativ. Der positive Entropiewert für Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) wurde mit 18.980, 16.640, 35.294, 35.673 bzw. 22.889 J mol-1 K-1 ermittelt.
Das kinetische Modell pseudo-zweiter Ordnung von Ho & McKay hat sich als am besten geeignet erwiesen, da es für jedes System einen hohen Korrelationskoeffizienten R² aufweist. Die Adsorptionskapazität für Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) wurde mit 19.31, 10.20, 8.00, 16.00 und 9.00 mg g^-1 ermittelt. Die kinetische Studie sowie die EDAX-Spektralanalyse erklären, dass die Chemisorption einer der Hauptmechanismen ist, der in die Studie des Biosorptionsprozesses einbezogen ist. Das Isothermenmodell von Freundlich hat sich mit einem hohen Korrelationskoeffizienten R²-Wert für jedes System als am besten geeignet erwiesen.
DCP hat also ein großes Potenzial im Bereich der Wasserdekontaminierung, der industriellen Wasseraufbereitung und der Bekämpfung der Wasserverschmutzung. Die Auswahl eines jeden Verfahrens sollte unter dem Gesichtspunkt seiner Durchführbarkeit erfolgen und dem 3A-Konzept der Erschwinglichkeit, Akzeptanz und Anpassungsfähigkeit entsprechen. Vor diesem Hintergrund beweist unsere Forschung mit DCP, dass es erschwinglich ist, weil es kostenlos und natürlich verfügbar ist, dass es durch das HSAB-Konzept und verschiedene Modellierungen akzeptabel ist und dass es anpassungsfähig ist, weil es eine Kombination aus Natur und heterogener Funktionalität ist, die sowohl harte als auch weiche Metallionen im Abwasser zusammen mit zahlreichen organischen und anorganischen Liganden sequestriert. Somit wird der Nutzen von DCP sicherlich dazu beitragen, Abfall in Reichtum, Müll in Ressourcen und Abfall in Geld umzuwandeln, das ultimative Ziel der Abfallmanagementstrategie.
2 veranschaulicht die Auswirkung des pH-Wertes in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Ergebnisse bestätigen, dass Aldrich HA auf Leonarditbasis die Metallionen im sauren Bereich effizient adsorbiert. Loba HA auf Torf- oder Braunkohlebasis erwies sich bei der Entfernung toxischer Schwermetallionen im Vergleich zu allen anderen Harzen im sauren und nahezu neutralen Bereich als am besten. Extrahiertes HA aus DCP hat die gleiche Effizienz wie Aldrich HA. Behandelter Kuhmist ohne HA hat ebenfalls eine beträchtliche Adsorptionskapazität. DCP ist im gesamten pH-Bereich praktisch unlöslich und kann daher für Abwässer mit alkalischem und saurem Charakter verwendet werden. Um die Effizienz von DCP bei der Entfernung der untersuchten Metallionen zu bewerten, wurde ein vergleichender Biosorptionsversuch durchgeführt, bei dem die Prozessparameter wie in Tabelle 1 dargestellt optimiert wurden.
Bei der Betrachtung der prozentualen Biosorptionswerte von Aldrich HA und extrahiertem HA können wir feststellen, dass beide in der Na-Humat-Form die Metallionen nur im sauren Bereich effizient adsorbieren, aber die Metallionen im nahezu neutralen Bereich oder im alkalischen Bereich nicht optimal binden können, verglichen mit den Gegenharzen. Das Ligninderivat Loba HA (wasserunlöslich) hat die höchste biosorptive Kapazität für alle ausgewählten Metallionen, kann aber nur im pH-Bereich von 2-6 wirken und löst sich im alkalischen Bereich auf. Daher müssen die Abwässer vor seiner Anwendung neutralisiert oder angesäuert werden. Dieser Schritt erhöht die Kosten und die Eignung für die tatsächlichen Anwendungen. Behandelter Kuhmist ohne HA hat ebenfalls eine beträchtliche Adsorptionskapazität. Dies ist auf das Vorhandensein vieler anderer aktiver funktioneller HSs-Gruppen von DCP, außer HA, zurückzuführen, was durch FTIR-Spektroskopie bestätigt wird. Anhand der Daten können wir erkennen, dass DCP im gesamten pH-Bereich praktisch unlöslich ist und daher sowohl für alkalische als auch für saure Abwässer effektiv eingesetzt werden kann.
Die thermodynamische, kinetische und isotherme Modellierung der Biosorption bestätigt, dass die Biosorption auf DCP ein praktikabler, umweltfreundlicher und effizienter Prozess ist, um DCP für die Entfernung von Metallionen aus einem wässrigen Medium einzusetzen. Der Mechanismus der Biosorption auf DCP wird durch Desorptions- und Kinetikstudien gut erfasst. Sie bestätigen, dass der Chemisorptionsmechanismus am besten passt, was wiederum durch die geringe Menge an Rückextraktion oder Strippen von Metallionen aus verbrauchtem DCP unterstützt wird. Die beste Anpassung des Pseudo-Kinetikmodells zweiter Ordnung von Ho & McKay unterstützt ebenfalls den Chemisorptionsmechanismus. Die spektroskopische Analyse von DCP vor und nach der Biosorption mittels FTIR und EDAX erklärt effektiv die Art der Chemisorption.
Da DCP heterogen ist, kann bei einer Veränderung des pH-Werts der Lösung die gesamte Oberflächenladung so verändert werden, dass eine maximale Adsorption erreicht wird. Das Verhalten der Metallionen könnte auf der Grundlage der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen dem entgegengesetzt geladenen Adsorbat und dem Adsorptionsmittel erklärt werden. Aus Tabelle 2 und 2 geht hervor, dass 100 mg DCP Cr(III) bei pH = 6, Cd(II) bei pH = 3 und Hg(II) bei pH = 3 zu 70-75 % und 80-85 % für Cadmium- und Quecksilberionen entfernt. Auch Cr(VI) wird bei pH = 1 mit 250 mg DCP zu 70-75 % entfernt. In ähnlicher Weise werden bei pH = 6 mit 350 mg DCP 90-95 % des Sr(II) sequestriert.
Nach der Biosorptionstheorie werden Metallionen mit höherem Oxidationszustand gegenüber solchen mit niedrigerem bevorzugt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass mit 100 mg DCP etwa 70-75 % der Cr(III)-Entfernung erreicht werden, während Cr(VI) nur zu 55-58 % entfernt wird und für eine 70-75 %ige Entfernung von Cr(VI) aus dem System 250 mg DCP erforderlich sind. Diese Diskrepanz kann auf den unterschiedlichen pH-Wert zurückzuführen sein, der die funktionellen Gruppen von DCP beeinflusst. Daher ist es zwingend erforderlich, dass für das gleiche Ausmaß an Sorption mehr als die doppelte Menge an DCP benötigt wird, um den +6-Zustand als den +3-Zustand des wässrigen Chromions aufzunehmen. Gemäß der biosorptiven Präferenz werden Metallionen mit kleinerem Ionenradius besser adsorbiert als solche mit größerem Ionenradius, und unsere Ergebnisse bestätigen dies ebenfalls. Das Sr(II)-Ion hat mit 112 pm die größte Größe im Vergleich zu anderen Ionen, weshalb eine vergleichsweise höhere DCP-Dosis erforderlich ist. Mit 100 mg werden nur 48-50 % der Sr(II)-Ionen entfernt. Da Adsorption ein Oberflächenphänomen ist, ist das Ausmaß der Adsorption direkt proportional zur verfügbaren Oberfläche. Mit zunehmender Menge des Adsorptionsmittels stieg der prozentuale Anteil der Adsorption aufgrund der größeren verfügbaren Adsorptionsfläche.
Es ist sehr wichtig, die thermodynamischen Eigenschaften des Biosorptionsprozesses zu bewerten. Thermodynamische Überlegungen sind notwendig, um festzustellen, ob der Prozess spontan ist oder nicht. Die Änderung der freien Gibb'schen Energie, ΔG⁰, ist ein Hinweis auf die Spontaneität einer chemischen Reaktion und daher ein wichtiges zu untersuchendes Kriterium.
Die freie Energie der Biosorptionsreaktion kann unter Berücksichtigung der Biosorptionsgleichgewichtskonstante K_a bewertet werden, die durch die folgende Gleichung gegeben ist. $Δ G^{0} = - {RT ln K}_{a}$
Dabei ist ΔG⁰ die Standardänderung der freien Energie (J), R die universelle Gaskonstante = 8.314 J/mol K und T die absolute Temperatur (K). K_a-Werte für thermodynamische Berechnungen werden aus den experimentellen Werten bestimmt, die als C_ad / C_liq erhalten werden. Die freie Energieänderung für den Temperaturbereich von 293-308 K unter Verwendung von Gleichung (2) wird ausgewertet und hat die negativen Werte von ΔG⁰ für den gesamten Bereich erhalten, wie in Tabelle 3 gezeigt.
Bei jeder Reaktion, die bei einer bestimmten Temperatur spontan abläuft, ist ΔG⁰ immer eine negative Größe. Der negative Wert bestätigt auch die Durchführbarkeit des Prozesses und die spontane Natur des Biosorptionsprozesses. Die lineare Darstellung von In K_a gegen die Temperatur 1/T × 10³, Vent Hoff's plot, bestimmt die Werte von ΔH⁰ und ΔS⁰ aus der Steigung bzw. dem Schnittpunkt der Darstellung. Der positive Wert der Entropieänderung deutet auf eine Zunahme der Zufälligkeit an der Fest-Flüssig-Grenzfläche hin und spiegelt die Affinität von DCP für die untersuchten Metallionen wider.
Der negative Wert der freien Energieänderung und der Enthalpie bestätigt die Durchführbarkeit und den spontanen sowie exothermen Charakter des Biosorptionsprozesses aller Metallionen an DCP. Der positive Wert der Entropieänderung deutet auf eine Zunahme der Zufälligkeit an der Fest-Flüssig-Grenzfläche hin, was die Affinität von DCP für die Metallionen widerspiegelt. Auch die weichen Ionenwechselwirkungen führen zu einer hohen Enthalpie des Systems, was sich auch an den Werten für Hg(II) und Cd(II) zeigt. Die höheren Werte der Entropie für die zweiwertigen Kationen Hg, Cd und Sr bestätigen das Vorhandensein von HA in DCP. Der Hauptgrund für dieses Verhalten liegt in der bekannten Eigenschaft von HA, eine höhere Affinität zu zweiwertigen Metallionen zu haben.
Für alle praktischen Anwendungen ist die Sorptionskinetik bei der Abwasserbehandlung sehr wichtig, da sie wertvolle Einblicke in die Reaktionswege, den beteiligten Mechanismus und die Aufnahme des gelösten Stoffes liefert, die wiederum die Verweilzeit an der Grenzfläche zwischen Lösung und Sorbat kontrolliert. So liefern kinetische Studien detaillierte Informationen über die Adsorbat-Aufnahmeraten und über geschwindigkeitskontrollierende Schritte wie externer Stofftransport, Intrapartikel-Stofftransport und biosorptive Reaktion(en). In den meisten Fällen der Biosorption wurden die kinetischen Pseudo-Gleichungen erster und zweiter Ordnung von Ho & McKay parallel angewandt, wobei die zweite Ordnung aufgrund der geringen Unterschiede im Korrelationskoeffizienten oft als besser gilt als die andere. Wir haben verschiedene kinetische Modelle wie erste Ordnung, zweite Ordnung, Ho & McKay Pseudo-erste Ordnung, Pseudo-zweite Ordnung und das Intrapartikeldiffusionsmodell untersucht. Von diesen Modellen passte das Pseudo-Modell zweiter Ordnung von Ho & McKay mit R²-Werten nahe 1 für alle fünf Systeme am besten, wie in Tabelle 4 gezeigt.
Die kinetischen Adsorptionsdaten können verarbeitet werden, um die Dynamik der Biosorptionsreaktion in Bezug auf die Ordnung der Geschwindigkeitskonstante zu verstehen. Die Werte des Korrelationskoeffizienten R² lagen nahe bei 1, wie in Tabelle 4 dargestellt, was auf die Anwendbarkeit des Pseudo-Modells zweiter Ordnung auf das vorliegende System hinweist. Die Anwendbarkeit dieses Modells deutet darauf hin, dass die Biosorption des untersuchten Elements auf DCP auf einer chemischen Reaktion zwischen dem Metall und den aktiven Stellen des Biosorptionsmittels beruht. Die kinetischen Daten wurden mit dem kinetischen Pseudomodell zweiter Ordnung behandelt. Es wird im Allgemeinen wie folgt ausgedrückt: ${dq}_{t} / dt = k_{2} {(q_{e} - q_{t})}^{2}$
Dabei sind q_e und qt die Adsorptionskapazität bei Gleichgewicht bzw. zum Zeitpunkt t (mg g^-1) und k₂ die Adsorptionsgeschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung (g mg^-1 min^-1).
Integriert man die Gleichung Gl. (3) für die Randbedingungen q=0 bis q=qt bei t=0 bis t=t erhält man die folgende Gleichung: $(t / q_{t}) = (1 / k_{2} q_{e}^{2}) + (1 / q_{e}) t$
Die Darstellung von t/qt gegen t sollte eine lineare Beziehung zeigen, wenn die Kinetik zweiter Ordnung anwendbar ist. Die Gleichgewichtsgeschwindigkeitskonstante k₂ und die Gleichgewichtskapazität oder Adsorptionskapazität q_e wurden aus der Steigung und dem Schnittpunkt der Linie bestimmt.
Die Geschwindigkeitskonstante aller Elemente deutet auf eine schnelle Kinetik hin und ist von praktischer Bedeutung, da diese Art von System ein kleineres Reaktorvolumen erfordert, was die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses gewährleistet. Die unterschiedliche Adsorptionskapazität erklärt die heterogene Natur von DCP und die bevorzugte Bindung verschiedener funktioneller Gruppen bei unterschiedlichen pH-Werten in Abhängigkeit von der Speziation bestimmter Metallionen im wässrigen Medium.
Die meisten in der Literatur verwendeten mathematischen Biosorptionsmodelle beschreiben einfache Langmuir- oder Freundlich-Sorptionsisothermen, bei denen die Metallionenbindung als Funktion der Gleichgewichtskonzentration dieses Metallions in der Lösung bestimmt wird, ohne Bezugnahme auf den pH-Wert oder andere Ionen im selben Lösungssystem. Die Freundlich-Isotherme ist ursprünglich empirischer Natur, wurde aber als Sorption an Stellen mit einer Affinitätsverteilung interpretiert, d. h. es wird angenommen, dass die stärkeren Bindungsstellen zuerst besetzt werden und dass die Bindungsstärke mit zunehmendem Grad der Stellenbesetzung abnimmt. Zwar ist es möglich, eine gute Übereinstimmung zwischen den Vorhersagen dieser Isothermen und der experimentell ermittelten Metallbindung zu erzielen, doch haben diese einfachen Gleichungen erhebliche Einschränkungen: Sie können die Auswirkungen des pH-Werts oder anderer Ionen in der Lösung nicht vorhersagen. Tabelle 5 gibt die beste Anpassung des Modells an unser System wieder.
Der Wert von K_f steht für die Biosorptionskapazität, und wie die Daten nahelegen, stimmen alle fünf Werte von K_f mit unseren Beobachtungen überein. Der Wert von 1/n stellt ein gemeinsames Maß sowohl für die relative Größe als auch für die Vielfalt der mit einem bestimmten Sorptionsprozess verbundenen Energien dar.
Wenn 1/n = 1 ist, deutet dies auf eine lineare Adsorption mit gleicher Adsorptionsenergie und somit auf ein homogenes Adsorptionsmittel hin. Wenn 1/n> 1 ist, deutet dies auf eine starke Anziehungskraft zwischen dem Absorbat und dem Adsorptionsmittel auch bei hoher Metallionenkonzentration hin, und 1/n< 1 erklärt eine günstige Adsorption bei niedriger Metallionenkonzentration. Die Werte unserer Ergebnisse bestätigen, dass DCP ein heterogenes Biosorptionsmittel ist, und 1/n ist im Falle von Cr(III), Cd(II) und Hg(II) kleiner als 1, was auf eine geringere Effizienz bei hoher Metallionenkonzentration hinweist, und der gleiche Trend wird durch die Parameter bestätigt, die sich mit der Wirkung hoher Metallionenkonzentrationen befassen. Wenn n<1 oder n>1 ist, bedeutet dies eine chemische bzw. physikalische Adsorption. Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass die Biosorption von Cr(III), Cd(II) und Hg(II) ein physikalisches Sorptionsverhalten zeigt und Cr(VI) und Sr(II) auf DCP eine Chemisorption darstellen.
Industrielle Abwässer oder andere verschmutzte Gewässer enthalten verschiedene organische und anorganische Salze in unterschiedlichen Anteilen. Die Untersuchung der biosorptiven Interferenz verschiedener Liganden wurde durch den Einsatz verschiedener organischer und anorganischer Salze oder Liganden mit unterschiedlichen Anteilen von 10 mg, 25 mg, 50 mg und 100 mg demonstriert. Es wurde festgestellt, dass sich einige Salze bei einer Konzentration von bis zu 100 mg als nicht störend erwiesen, während einige den Adsorptionsprozess sogar bei einer Konzentration von 10 mg stark unterdrückten. Das offensichtliche biosorptive Verhalten von DCP wurde durch das Konzept der harten und weichen sauren Basen (Hard & Soft Acid Base, HSAB-Theorie) von Pearson erklärt, das die entscheidende Rolle der HSAB-Eigenschaften sowohl der Schadstoffe als auch des wässrigen Milieus verdeutlicht, die den Erfolg des Prozesses mitbestimmen. Die verschiedenen ionischen Metallspezies zeigen eine Präferenz für die Ligandenbindung an die Biomasse auf der Grundlage ihrer chemischen Koordinationseigenschaften. In der gängigen Praxis der Bioremediation werden die störenden Liganden mit geeigneten Reagenzien chemisch behandelt oder maskiert, um die Abnahme der Biosorption zu unterdrücken. Dieses Dilemma wird durch DCP gelöst: Die Liganden, die den Biosorptionsprozess von Schwermetallionen in dieser Studie maskierten, wurden durch eine bloße Erhöhung der DCP-Dosis behandelt, wodurch das Problem erfolgreich gelöst wurde, ohne die Effizienz des Prozesses zu beeinträchtigen. Dies wird durch drei sehr grundlegende Wechselwirkungen in einem Mehrkomponentensystem veranschaulicht, und Tabelle 6 zeigt die detaillierten Informationen dazu, nämlich

1. Synergismus: Gegenseitige Verstärkung
2. Antagonismus: Gegenseitige Verschlechterung
3. Nicht-Interaktion: Neutrale Wirkung.

In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Desorptionsstudien von überragender Bedeutung, weil sie helfen, den Weg und das Schicksal der adsorbierten Ionen nach der Entsorgung des Biosorptionsmittels in die Umwelt zu verstehen. Außerdem hilft es, die Sorptionsmechanismen zu verstehen, die in den Biosorptionsprozess involviert sind, sowie die Regeneration des Adsorptionsmittels zu formulieren, wenn dies wirtschaftlich machbar und umweltverträglich ist. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Rückextraktion von biosorbierten Metallionen aus DCP in Gegenwart von Strippern, d. h. verschiedenen anorganischen Säuren wie 0.1 M HCl, H₂SO₄ und HNO₃, in jedem Fall nur 8-12 % desorbieren konnte. Die Verwendung eines wässrigen Mediums als Desorptionsmittel lässt vermuten, dass der Mechanismus, der bei der Biosorption ausgewählter Metallionen auf DCP zum Tragen kommt, nicht die physikalische Adsorption ist, sondern dass verschiedene chemisorptive Mechanismen wie Chelatbildung, Oberflächenausfällung und Chemisorption bei den Prozessen eine Rolle spielen.
Die spektroskopische Studie der EDAX-Analyse von Metallionen vor und nach der Biosorption an DCP belegt, dass die Chemisorption einer der vorherrschenden Mechanismen ist, da sowohl harte als auch weiche Liganden wie Carbonat, Phosphat, Sulfat, Hydroxyl, Carboxylat und Aminosäure usw. vorhanden sind. Ein Vergleich der Spektraldaten nach und vor der Sorption zeigt, dass die entsprechenden Metallionen in der DCP-Matrix zusammen mit allen anderen natürlich vorhandenen Elementen vorhanden sind, was darauf hindeutet, dass der Ionenaustausch nicht der Hauptmechanismus für die Biosorption durch DCP ist. Auch die Desorptions- und Kinetikstudien bestätigen den Chemisorptionsmechanismus, da die chemische Wechselwirkung der Metallionen mit dem Biosorptionsmittel die Rückextraktion oder das Strippen aus verbrauchtem DCP verhindert. Die beste Anpassung des Pseudo-Kinetikmodells zweiter Ordnung von Ho & McKay unterstützt ebenfalls den Chemisorptionsmechanismus.
3 zeigt Tabelle 1, die den biosorptiven Test von Elementen auf verschiedene Humiresine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4 zeigt Tabelle 2, in der die optimierten Prozessparameter für die Biosorption von DCP in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind.
5 zeigt Tabelle 3, in der die thermodynamische Modellierung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist.
6 zeigt die Tabelle 4, die die kinetische Modellierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
7 zeigt die Tabelle 5, die die isotherme Modellierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
8 zeigt Tabelle 6, in der nicht störende und störende Liganden mit optimierten Biosorptionsprozessparametern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind.
Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse kann beispielsweise geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Handlungen eines Flussdiagramms nicht in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Handlungen durchgeführt werden. Auch können diejenigen Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.
Bezugszeichenliste

100: Ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen
102: Ein erster Behälter
104: Ein Zweiter Behälter
106: Ein Radioaktiver Tracer
108: Eine Extraktionseinheit
110: Ein Ofen
112: Ein mechanischer Rührer
114: Ein Gammastrahlenspektrometer

Claims

Ein System für synthetisches und natürliches Humiresin zur Sanierung von metallischen Wasserverunreinigungen, wobei das System umfasst: einen ersten Behälter zur Herstellung von Stammlösungen von 1 mg/ml Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) unter Verwendung von Cr₂O₃, CrO₃, Cd(NO₃)₂, HgCl₂ und SrCl₂, während die übrigen Lösungen unter Verwendung von destilliertem Wasser in einem zweiten Behälter hergestellt und durch Standardanalyseverfahren standardisiert werden; ein radioaktiver Tracer zur Untersuchung der Rückgewinnung und des Verlusts einer Mikrokomponente, bei dem ein radioaktiv markiertes Element oder eine Verbindung, die chemisch mit der Mikrokomponente identisch ist, der Probe vor der Anreicherung zugesetzt wird und dessen Verhalten durch eine empfindliche, schnelle und selektive Radioaktivitätsmessung verfolgt wird; eine Extraktionsanlage zur Extraktion von Huminsäure (HA) aus trockenem Kuhmistpulver (DCP) (100 mesh), und es werden angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um jegliche Kontamination zu vermeiden; einem Ofen zum Trocknen von DCP nach Entfernung von HA und gründlichem Waschen mit destilliertem Wasser gemäß dem Standardprotokoll, wobei sich für die vergleichende Biosorption die Maschenweite 100 als optimal erwiesen hat und daher ausgewählt wurde; einen mechanischen Rührer zum Mischen von Humiresin mit 10 ml einer Lösung, die Radiotracer und 1 mg/ml Trägerlösung enthält, wobei der pH-Wert eingestellt und das resultierende Aliquot 10 Minuten lang mit dem mechanischen Rührer äquilibriert und dann zentrifugiert wird; und ein Einkanal-Gammastrahlenspektrometer vom Typ NaI(TI)-Well, das für die Messung der Aktivität im Überstand für Gammastrahler konfiguriert ist, und einen Geiger-Muller-Zähler vom Endfenster-Typ in Verbindung mit einem Dekaden-Skalar, einem Zeitgeber und einer Hochspannungseinheit für den Betastrahler.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Tracer-Technik einige einzigartige Vorteile bietet, wie z. B. hohe Empfindlichkeit, zerstörungsfreies Muster, Freiheit von Reagenzienleerstellen und dergleichen.
System nach Anspruch 1 und 2, wobei Radiotracer für die einfache Überwachung des Prozesses verwendet werden, bei dem auf die Aliquotierung der Probe unmittelbar die Zählung des Radionuklids folgt, wobei Radiotracer den einzigartigen Vorteil haben, dass sie frei von Reagenzienleerstellen sind und ein zerstörungsfreies Analysemuster aufweisen.
System nach Anspruch 1, wobei der vergleichende biosorptive Batch-Equilibrierungstest unter Verwendung der Radiotracer-Technik für die Aufnahme von Cr(III), Cr(VI), Cd(II), Hg(II) und Sr(II) unter Verwendung ihrer entsprechenden Radiotracer Cr-51, Cd-115m, Hg-203 und Sr-90 durchgeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei alle fünf Humiresine vor der Verwendung ordnungsgemäß getrocknet werden, um eine Oxidation durch Säure aufgrund des Vorhandenseins eines Gemischs von Alkoholen, falls vorhanden, zu verhindern, wobei die Abwesenheit von Alkohol in DCP durch eine FTIR-Analyse von DCP bestätigt wird, die keine charakteristische Bande von Alkohol aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei die Wirkung verschiedener experimenteller Parameter wie pH-Wert (von 1-10), Metallionenkonzentration (0.5-20 mg/ml), Kontaktzeit (0-30 min), Rührgeschwindigkeit (0-5000 rpm), Adsorptionsmittelmenge (50-1000 mg), Temperatur (273-373 K), Adsorptionskapazität und Interferenz verschiedener Salze untersucht wird, um die Parameter für die Entwicklung eines effizienten Adsorptionsprozesses zu optimieren.
System nach Anspruch 1, wobei die im Überstand vorhandene Aktivität nach Abtrennung des Überstands und Waschen des Adsorptionsmittels mit 5 ml destilliertem Wasser gemessen wird.