Usuwanie zanieczyszczeń organicznych z roztworów wodnych za pomocą adsorbentów otrzymywanych z popiołów lotnych

Abstract

Dynamiczny rozwój przemysłu i urbanizacji prowadzi do zanieczyszczenia wód związkami organicznymi, m.in. pestycydami, barwnikami syntetycznymi oraz farmaceutykami. Substancje te stanowią zagrożenie dla organizmów wodnych ze względu na toksyczność, zdolność do bioakumulacji oraz oporność na biodegradację. Ograniczona skuteczność konwencjonalnych metod oczyszczania ścieków uzasadnia potrzebę opracowywania tanich i efektywnych materiałów. Przedmiotem niniejszej rozprawy doktorskiej jest synteza i zastosowanie porowatych adsorbentów otrzymanych z popiołów lotnych do usuwania zanieczyszczeń z roztworów wodnych. W badaniach wykorzystano zeolity NaA, NaX, NaP1, mezoporowate krzemionki MCM-41, SBA-15, kompozyt zeolitowo-węglowy NaX@C oraz naturalny klinoptylolit. Adsorbenty modyfikowano bromkiem heksadecylotrimetyloamoniowym, chlorkiem lantanu(III) i ceru(III) oraz aminosilanami, dostosowując ich właściwości do adsorpcji kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego, żółcieni pomarańczowej FCF, tartrazyny, cyprofloksacyny oraz tetracykliny. Przeprowadzono także szczegółową charakterystykę fizykochemiczną wszystkich otrzymanych materiałów. Wykonane badania wykazały, że odpowiednio dobrana funkcjonalizacja pozwala kształtować właściwości powierzchniowe i strukturalne adsorbentów, zwiększając ich skuteczność oraz możliwość ponownego wykorzystania. Wyniki potwierdziły również potencjał popiołów lotnych jako surowca do syntezy porowatych materiałów przeznaczonych do oczyszczania wód.

The dynamic development of industry and urbanization leads to the contamination of water with organic compounds, including pesticides, synthetic dyes, and pharmaceuticals. These substances pose a threat to aquatic organisms due to their toxicity, bioaccumulation, and resistance to biodegradation. The limited efficiency of conventional wastewater treatment methods justifies the need to develop low-cost and effective materials. The subject of this dissertation is the synthesis and application of porous adsorbents obtained from fly ash for the removal of pollutants from aqueous solutions. The study involved NaA, NaX, and NaP1 zeolites, MCM-41 and SBA-15 mesoporous silica materials, NaX@C zeolite-carbon composite, and natural clinoptilolite. The adsorbents were modified with hexadecyltrimethylammonium bromide, lanthanum(III) and cerium(III) chlorides, and aminosilanes, tailoring their properties to the adsorption of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, sunset yellow FCF, tartrazine, ciprofloxacin, and tetracycline. A detailed physicochemical characterization of all obtained materials was also carried out. The conducted studies showed that properly selected functionalization enables tailoring the surface and structural properties of the adsorbents, thereby increasing their efficiency and reusability. The results also confirmed the potential of fly ash as a material for the synthesis of porous materials intended for water purification.