Modification and application of cotton waste yarns for removal of heavy metal ions from aqueous solutions

[S. Mihajlović]

137 str.

Tehnološko inženjerstvo - Inženjerstvo zaštite životne sredine / Technological Engineering - Environmental Engineering

Predmet istraživanja ove doktorske disertacije je primena jeftinih, lako dostupnih, otpadnih materijala na prirodnoj bazi (pamuk i pamuk/poliestar), kao adsorbenata za uklanjanje jona teških metala iz otpadnih voda. Prekomerna proizvodnja i potrošnja tekstilnih proizvoda (vlakana, prediva, raznih tkanina, odeće i dr.) dovodi do nastajanja ogromnih količina tekstilnog otpada. Otpad generisan iz tekstilne industrije, iako nije glavni po obimu, jedan je od značajnijih koji utiču na zagađenje životne sredine. Prediva pamuk i pamuk/poliestar, korišćena u ovom radu predstavljaju industrijski otpad koji potiče iz industrije dekorativnih tkanina SIMPO Dekor (Vranje, Srbija). Otpadno predivo pamuk (P) u svojoj strukturi sadrži porozna, biorazgradiva, hidrofilna celulozna vlakna, koja se sastoje od uređenih kristalnih i pristupačnih amorfnih oblasti, sposobnih za adsorpciju. Mešavina pamuk/poliestar (P/PES) pored pamuka, u svom sastavu ima i poliestarska vlakna koja su dobijena od sintetičkog polimera polietilen tereftalata koji sadrži estarsku grupu. Poliestarska vlakna imaju izrazitu kristalnu i gustu strukturu, pa ih karakteriše niska adsorpcija vlage. Zahvaljujući svojoj specifičnoj strukturi i velikom broju funkcionalnih grupa, otpadni celulozni materijali se sve više koriste za prečišćavanje otpadne vode. U cilju povećanja adsorpcionih kapaciteta, ispitivana prediva su podvrgnuta hemijskoj (10% i 18% rastvorom natrijum-hidroksida) i termičkoj modifikaciji (klasična i hidrotermalna karbonizacija), kao i naknadnoj aktivaciji termički modifikovanih materijala. Karakterizacija polaznih i modifikovanih materijala izvršena je primenom sledećih tehnika: skenirajuće elektronske mikroskopije (engl. Scanning Electron Microscopy, SEM), tačke nultog naelektrisanja (engl. pH Point of Zero Charge, pHpzc), metode za analizu adsorpciono/desorpcionih izotermi azota (engl. Brunauer –Emmett –Teller, BET), infracrvene spektroskopije sa Furijeovom transformacijom (engl. Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR), Bemove (engl. Boehm) titracije za određivanje kiseoničnih grupa. Na osnovu dobijenih rezultata, ispitan je uticaj primenjenih modifikacija na strukturne, površinske i adsorpcione karakteristike ispitivanih prediva...

The subject of research of this doctoral dissertation is the application of cheap, easily available, natural based waste materials (cotton and cotton/polyester), as adsorbents for the removal of heavy metal ions from wastewater. Excessive production and consumption of textile products (fibers, yarns, various fabrics, clothes, etc.) leads to the creation of huge amounts of textile waste. Waste generated from the textile industry, although not the main one in terms of volume, is one of the more significant ones affecting environmental pollution. The cotton and cotton/polyester yarns used in this work represent industrial waste originating from the decorative fabric industry SIMPO Dekor (Vranje, Serbia). Cotton waste yarn (P) in its structure contains porous, biodegradable, hydrophilic cellulose fibers, which consist of ordered crystalline and accessible amorphous areas, capable of adsorption. The cotton/polyester (P/PES) mixture, in addition to cotton, also contains polyester fibers obtained from the synthetic polymer polyethylene terephthalate, which contains an ester group. Polyester fibers have a distinct crystalline and dense structure, so they are characterized by low moisture adsorption. Thanks to its specific structure and a large number of functional groups, waste cellulosic materials are increasingly used for wastewater treatment. In order to increase adsorption capacities, the examined yarns were subjected to chemical (10% and 18% sodium hydroxide solution) and thermal modification (classical and hydrothermal carbonization), as well as, the subsequent activation of thermally modified materials. The characterization of the starting and modified materials was carried out using the following techniques: scanning electron microscopy (SEM), point of zero charge (pHpzc), methods for the analysis of nitrogen adsorption/desorption isotherms (Brunauer–Emmett–Teller, BET), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Boehm titrations for the determination of oxygen groups. Based on obtained results, the influence of applied modification techniques on the structural, surface, and adsorption properties was examined...

Otpadna pamučna prediva, hemijska i termička modifikacija, adsorpcija, joni teških metala, vodeni rastvori

Waste cotton yarns, chemical and thermal modification, adsorption, heavy metal ions, aqueous solutions

676:544.723.21:504.5(043.3)

Tekst