A kezelések hatása a szorpciós hatékonyságra

3 Kísérleti eredmények és értékelésük

3.3 Az előkezelések és a citromsavas módosítás hatása a rostok tulajdonságaira

3.3.2 A kezelések hatása a szorpciós hatékonyságra

A rostokat előkezelésnek (extrakció és savazás/lúgozás) és/vagy citromsavas módosításnak vetettem alá a 2.2.1-es és 2.3-as fejezetek szerint. Az előállított minták a 3.3-1. és 2. ábrákon láthatóak. A kezelt anyagok réz-, cink- és nikkelionokkal szembeni szorpciós hatékonyságának jellemzésére szakaszos megkötési vizsgálatokat végeztem a 2.4.5.1.

fejezetben leirtaknak megfelelően 35 mmol/l-es (pH=4,8) vizes réz-szulfát/ cink-szulfát/

nikkel-klorid oldatban, 24 óráig, 25±3°C-on. A vizsgálat során megkötött fémionok mennyiségét a 17. egyenletnek megfelelően határoztam meg.

3.3-1. ábra: A különböző előkezelésekkel és a citromsavas módosítással előállított repcemag maradék származékok

3.3-2. ábra: A különböző előkezelésekkel és a CA-as módosítással előállított keményítőmentes búzamag származékok

A 3.3-3. ábrán szemléltettem az extrakció és a savas vagy lúgos előkezelések, illetve a citromsavas módosítás hatását a repcemag maradék fémion-megkötőképességére.

3.3-3. ábra: A megfelelően kezelt őrölt repcemag pellet szorpciós hatékonyága réz-, cink- és nikkelionok esetén (qe)

Egyértelműen látható, hogy már maga a citromsavas módosítás pozitív hatással van a rost természetes szorpciós tulajdonságára. A kezeletlen repce (RP) ion megkötése rézionokra

~4,5-szeresére, cinkionokra ~1,5-szeresére, nikkelionokra ~4-szeresére nő a CA módosítás hatására (RP/M).

Kék színnel jelöltem az előkezelt minták réz-, cink- és nikkelionokkal szemben mutatott szorpciós képességét. Az oldószeres extrakcióval eltávolítottam a pelletből a maradék triglicerideket és ezt követően növekedett a rost megkötőképessége réz- és nikkelionokra, cinknél nem tapasztaltam változást. Az extrakcióval elért minőségjavulás, de főként az anyag könnyebb kezelhetősége miatt a savas, illetve a lúgos kezelést nem különálló lépésként végeztem el, hanem az előzővel összekapcsolva. Így a trigliceridek okozta mellékreakciók termékei nem nehezítették a mosásokat, szűréseket. A tárgyalt kezelések azonban csak rontják a hexános kivonással elért eredményeket. Megjegyzendő azonban, hogy a savval kezelt mintákkal (RPE/S) elért szorpciós értékek a nikkelre vonatkozó értékek kivételével is magasabbak, mint a kezeletlen repce (RP) esetén tapasztaltak. Az extrakció-lúgos kezelés

0,22 0,28

0,13 0,38 0,29

0,18 0,27 0,26

0,12

0,25 0,22 0,09 0,75

0,88 0,79

1,42

0,09 0,16 0,15 0,53

0,4 0,29 0,15

0,72

0,00 0,40 0,80 1,20 1,60

RP, RP/M, Cu(II) RPE, RPE/M, Cu(II) RPE/S, RPE/SM, Cu(II) RPE/L, RPE/LM, Cu(II) RP, RP/M, Zn(II) RPE, RPE/M, Zn(II) RPE/S, RPE/SM, Zn(II) RPE/L, RPE/LM, Zn(II) RP, RP/M, Ni(II) RPE, RPE/M, Ni(II) RPE/S, RPE/SM, Ni(II) RPE/L, RPE/LM, Ni(II)

mmol megkötött fémion / g minta

RP előkezelt RP CA módosítás hatása

(RPE/L) kombinálása a fémion megkötési képesség szempontjából sikertelennek minősíthető, mert eredményei még a kezeletlen alapanyag megkötési értékeit sem érik el.

Az így előállított anyagokat tovább módosítottam citromsavval. Tehát az előzőekben előállított anyagok tekinthetőek az ioncserélő anyag vázának, amelyre ioncserélő -COOH funkciós csoportokat vittem fel. A CA-as módosítás fémion-megkötőképességre gyakorolt hatását zöld szín jelöli. Mindhárom vizsgált ion esetén azt tapasztaltam, hogy az extrahált (RPE/M), és az extrahált-savazott (RPE/SM) mintáknál a CA-as módosítás hatása közel azonos a kizárólag CA-val módosított mintáéval (RP/M). Ez az extrahált anyagra nézve érdekes igazán, hiszen ennek váza lényegesen jobb eredményeket mutatott, mint a kezeletlen anyag. Ezen vizsgálatok alapján, azonban a CA-as reakció hatékonysága közel azonos az extrahált váz és a kezeletlen repce esetén. A lúggal kezelt mintáknál azonban jelentős a módosítással (RPE/LM) elért többlet megkötés, tehát a CA-val szembeni reakciókészség az extrahált és lúgos kezeléssel előkészített váznál a legnagyobb a váz gyenge fémion megkötésének ellenére.

Figyelembe véve mind a természetes, mind az előkezelésekkel és CA módosítással elért szopciós értékeket, az extrahált, lúgosan előkezelt, CA-val módosított repcével (RPE/LM) érhetőek el a legjobb fémion megkötési értékek az adott vizsgálati körülmények között mindhárom vizsgált ionra.

A kezelések keményítőmentes búzamagra gyakorolt hatását az előzőekhez hasonlóan a 3.3-4. ábrán összegeztem.

3.3-4. ábra: A megfelelően kezelt őrölt keményítőmentes búzamag szorpciós hatékonyága réz-, cink- és nikkelionok esetén (qe)

A keményítőmentes búzamag CA-as módosítával a rost fémion-megkötőképessége rézionokra ~11-szeresére, cinkionokra ~3-szorosára, nikkelionokra ~6-szorosára nő.

Az előkezelt minták (kék színnel) cink- és nikkelion megkötésében nem tapasztaltam változást a kezeletlen rosthoz (KMB) képest. Rézionoknál az extrakció-savazás, illetve az extrakció-lúgozás párosítása kis mértékben javítja az alapanyag természetes szorpciós értékét.

A CA módosítás (zöld színnel) nagyon hasonló megkötési eredményeket hozott iononként a kezeletlen (narancssárga színnel) és előkezelt anyagokra (kék színnel). A CA-as reakció hatékonyságát nem befolyásolta a váz előkezelésének típusa.

Az egyes kezelések hatásait összegezve megállapítható, hogy rézionokra az extrahált, lúggal kezelt, CA-val módosított búzamag maradék (KMBE/LM) mutatja a legjobb szorpciós értéket, de ez is csak éppen meghaladja az előkezelés nélküli CA-val módosított anyag eredményét (KMB/M). Cink- és nikkel ionokra azonban az extrahált, savval előkezelt és CA-val módosított minták (KMBE/SM) eredményein kívűl valamennyi anyag (KMB/M, KMBE/M, KMBE/LM) megkötési értéke gyakorlatilag egyformán alakul.

0,1 0,14 0,24 0,26 0,11 0,09

0,12 0,09 0,07 0,05 0,09

0,08 1,07 1,03

0,80 0,95

0,21 0,24 0,11

0,28

0,48 0,53 0,26

0,46

0,00 0,40 0,80 1,20

KMB, KMB/M, Cu(II) KMBE, KMBE/M, Cu(II) KMBE/S, KMBE/SM, Cu(II) KMBE/L, KMBE/LM, Cu(II) KMB, KMB/M, Zn(II) KMBE, KMBE/M, Zn(II) KMBE/S, KMBE/SM, Zn(II) KMBE/L, KMBE/LM, Zn(II) KMB, KMB/M, Ni(II) KMBE, KMBE/M, Ni(II) KMBE/S, KMBE/SM, Ni(II) KMBE/L, KMBE/LM, Ni(II)

megkötött fémion mmol / g minta

KMB előkezelt KMB CA módosítás hatása

Összefoglalva elmondható, hogy többféle kezelés hatását vizsgáltam a szorpciós hatékonyságra szakaszos fémion (Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺) megkötési vizsgálatokkal RP és KMB alapanyagokból kiindulva. A kationok megkötődésének sorrendje a RP és KMB származékokon úgy alakult, mint a CA-val módosított kukoricacsutkán (Vaughan, Seo, &

Marshall, 2001): Zn²⁺<Ni²⁺<Cu²⁺. Az azonos töltésű kationok kötéserőssége a hidratált ion átmérőjének csökkenésével nő, ezért az elméleti szelektivitási sorrend: Ni²⁺<Zn²⁺<Cu²⁺. A tapasztalt eltérés azzal magyarázható, hogy a karboxilát aktív csoport a Zn²⁺ és Cu²⁺ ionokat erős komplexképződéssel köti meg (Inczédy 1980). Megállapítottam, hogy az egyes kezelések hatása a rostok fémmegkötő képességére nem általános érvényű, hanem alapanyag specifikus.

A KMB fémion megkötése kisebb, mint a RP-é, de a CA-as módosítással ezek az értékek a többszörösükre növelhetőek. A CA módosítás hatékonysága KMB esetén jobban emelkedik, de a rostok természetes megkötőképességét is figyelembe véve a CA-val módosított RP fémion megkötése magasabb, mint a CA-val kezelt KMB-é. A tejsavgyári modell hulladék esetén az előkezelésekkel nem értem el a tanulmányozott jellemző számottevő növekedését, míg a bíodízelgyártási hulladéknál az extrakcióval igen. A 3.3.1. fejezetben látható volt, hogy az extrahált-lúgozott RP és KMB összetétel nagyon hasonló. A vizsgált fémionok esetén szorpciós hatékonyságuk azonban rendkívül eltérően alakul. Az extrakció és a lúgos kezelés RP esetén hozzájárul a reakcióképes szerkezet kialakulásához, így a CA-as módosítással nagyszámú karboxil-csoportot sikerült beépíteni. Az észterezési reakció hatékonysága a kezeletlen és előkezelt KMB rostoknál közel egyforma volt, ami magyarázható azzal, hogy az előkezelések sem okoztak változást a kezeletlen alapanyaghoz viszonyítva.

Figyelembe véve továbbá, hogy a legegyszerűbb előállítási mód gyártási időigénye és vegyszerszükséglete a legkisebb, ezáltal az előállított termék költséghatékony és környezetbarát, a hasonlóan magas megkötési értékeket elért anyagok közül „a legjobb”

megnevezést a legkevesbé komplikált előállítási procedúrával gyártható termék kaphatja.

Mindezek alapján a legjobb eredményeket RP esetén az extrahált, lúggal kezelt, CA-val módosított minta (RPE/LM), míg KMB esetén az előkezelés nélküli CA-val módosított (KMB/M) alternatíva mutatja.

82 3.3.3 A minták tömegváltozásai a kezelések hatására

Az eddigiekben bemutattam, hogy a kezelések hatására változik a rostok összetétele, és változnak a fémion megkötési tulajdonságok is. Az előkezelések hatására bekövetkező összetétel változás azonban tömegváltozással is jár (3.3-5. és 6. ábrák) a rostok bizonyos komponenseinek kioldódása miatt.

3.3-5. ábra: RP származékainak tömege az egyes kezelések után 100 g RP-ből kiindulva

3.3-6. ábra: KMB származékainak tömege az egyes kezelések után 100 g KMB-ból kiindulva Az alapanyagok eltérő összetételéből, ezáltal eltérő oldhatósági tulajdonságaiból adódóan az egyes előkezelések hatására bekövetkező tömegváltozások is különböző nagyságúak.

RP-nél az extrakció felére csökkenti a kindulási tömeget, az ezt követő savas kezelés további 8% tömegcsökkenést okoz. Az extrakció után végzett lúgozással azonban ismét kioldódik a szilárd anyag ~40%-a (55,5 és 23,9 g). Búzamagnál az extrakció és a savas kezelés hatására is csak kis tömegcsökkenés figyelhető meg, ellenben a lúgos kezelés utáni tömeg ~26%-kal

RP RP/M RPE RPE/M RPE/S RPE/SM RPE/L RPE/LM

RP és származékai 100 89,0 55,5 66,0 46,8 53,4 23,9 34,2 0

20 40 60 80 100 120

tömeg , g

KMB KMB/M KMBE KMBE/

M KMBE/S KMBE/S

M KMBE/L KMBE/L M KMB és származékai 100 126,0 92,8 127,1 81,6 112,6 24,1 33,3

0 20 40 60 80 100 120 140

tömeg , g

kisebb, mint az extrakció utáni. A különböző tendenciák ellenére érdekes, hogy mindkét alapanyagnak ~24%-a marad meg az extrakció és a lúgos előkezelések után. Ez azzal magyarázható, hogy ez már a lignocellulózos szerkezet azon része, amely az alkalmazott enyhe kezelési módszerekkel tovább már nem bontható. Ezt alátámasztja az a tény is, hogy KMBE/L és RPE/L nagyon hasonló összetétellel rendelkeznek (3.3-1-2. táblázatok). A CA-as módosítás egy eset kivételével növeli a rostok tömegét, ami el is várható, hiszen itt a cél már nem a rost bontása, hanem a karboxil funciós csoportok beépítése. A kivétel RP/M-nél figyelhető meg, ennek egy lehetséges magyarázata, hogy már a CA oldat (pH = 1,45) is megbontja a repcemag őrlemény szerkezetét.

Ezek ismeretében érdemes megvizsgálni a megkötési képességet az eddigi szempontokon túl az alapanyagszükséglet figyelembevételével is. A 3.3-3. és 4. ábrákon a megkötött fémionok mennyiségét a vizsgált anyagok 1 g-ára vonatkoztattam. A bemutatott tömegveszteségeket figyelembe véve, a megkötött fémionok mennyiségét az egy gramm vizsgált minta előállításához szükséges alapanyag (RP vagy KMB) 1 g-jára átszámítva mutatják be a 3.3-7 és 8. ábrák.

3.3-7. ábra: A megfelelően kezelt őrölt repcemag pellet szorpciós hatékonyága a kezelések tömegeveszteségeinek figyelembe vételével

0,22

0,28

0,13 0,21

0,14 0,04 0,15

0,12 0,03 0,14 0,10

0,02 0,65 0,62

0,44 0,50

0,05 0,13

0,10 0,19

0,35 0,22

0,09 0,26 0,00

0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

mmol megkötött fémion / g RP

RP előkezelt RP CA módosítás hatása

3.3-8. ábra: A megfelelően kezelt őrölt keményítőmentes búzamag szorpciós hatékonyága a kezelések tömegveszteségeinek figyelembe vételével

A 3.3-3. és 4. ábrák alapján a megkötési sorrend rézionokra a következő:

RPE/LM >RP/M>RP (1,60; 0,97 és 0,22 mmol Cu(II)/g minta) és KMBE/LM >KMB/M>KMB (1,21; 1,17 és 0,10 mmol Cu(II)/g minta)

A 3.3-7. és 8. ábrák szerint viszont a megkötési sorrend így néz ki:

RP/M >RPE/LM>RP (0,87; 0,54 és 0,22 mmol/Cu(II) RP) és

KMB/M >KMBE/LM>KMB (1,48; 0,40 és 0,10 mmol/Cu(II) KMB)

Az RPE/LM és RP/M, illetve a KMBE/LM és a KMB/M sorrendje a két vonatkoztatási rendszerben felcserélődött. Ha célunk elsősorban az alapanyagszükséglet minimalizálása, akkor RP/M és KMB/M anyagokat kellene gyártani. A RP és a KMB azonban nagy mennyiségben rendelkezésre álló, alacsony költségű hulladékok, ezért célszerű a korábbi szempontokat is figyelembe venni. Ha kompromisszumos megoldásra törekszünk, akkor a számadatokat jobban meg kell vizsgálni. A búzamag esetén már az előző fejezetben is kifejtettem, hogy a KMBE/LM és KMB/M 1 g mintára vonatkozatott megkötése közt nincs

0,10 0,13 0,20 0,06 0,11 0,11 0,07 0,02 0,09 0,05 0,07 0,02 1,38 1,36

0,98

0,34 0,16 0,20

0,05 0,08

0,52 0,63

0,22 0,13 0,00

0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

mmol megkötött fémion / g KMB

KMB előkezelt KMB CA módosítás hatása

olyan nagy eltérés (∆=0,10 mmol Cu(II)), ami indokolhatná az összetett, idő- és vegyszerigényes előkezelések elvégzését. Az új megállapításom, miszerint a KMB/M alapanyagszükséglete is kisebb, mint a KMBE/LM-é, szintén a KMB/M előtérbe helyezését erősíti. A RPE/LM és a RP/M esetén már nem ilyen egyszerű a döntés, mert a minták 1 g-jának rézion megkötései közt mért jelentősebb különbség (∆=0,63 mmol Cu(II)) miatt megfontolandó a RPE/LM választása. Azonban ennek az alapanyag-, vegyszer- és időszükséglete is lényegesen nagyobb, mint a RP/M-é. Csupán gazdasági szempontból nézve nagy valószínűséggel a RP/M előállítása javasolt.

Nem szabad azonban megfeledkezni arról a lehetséges technikai problémáról, hogy a RP/M és a KMB/M váza, épp a kérdéses előkezelések hiánya miatt még sok könnyen oldódó alkotót tartalmaz, ami megnehezítheti, sőt ellehetetlenítheti az oszloptechnikai alkalmazást.

Ezek alapján a további oszloptechnikai vizsgálatokat RP/M, RPE/LM, KMB/M, és KMBE/LM mintákkal is elvégeztem.

3.3.4 Morfológiai változások a kezelések során

A morfológiai jellemzést a 2.4.3. fejezetben ismertetett módszerekkel végeztem.

Valamennyi minta nitrogén gáz adszorpciós és deszorpciós izotermája alapján számítható a mintákon létrejövő adszorpciós kölcsönhatásból becsült BET fajlagos felület, BJH pórustérfogat és az átlagos pórusátmérő, melyeket 3.3-3. táblázatban foglaltam össze.

3.3-3. táblázat: A vizsgált minták BET fajlagos felülete, BJH pórustérfogata és átlagos pórusátmérője

Minta FBET, m²/g V1,7-300,cm³/g Dp,átl, nm

RP 0,16 0,00021 6,55

RP/M 0,18 0,00033 8,02

RPE 0,19 0,00067 9,16

RPE/M 0,10 0,00015 6,67

RPE/L 0,20 0,00071 8,33

RPE/LM 0,12 0,00018 7,20

RPE/S 0,48 0,00066 5,65

RPE/SM 0,20 0,00036 7,53

KMB 0,36 0,00113 8,24

KMB/M 0,14 0,00018 6,31

KMBE 0,30 0,00123 15,5

KMBE/M 0,13 0,00021 7,31

KMBE/L 0,21 0,00075 9,24

KMBE/LM 0,09 0,00016 7,92

KMBE/S 0,26 0,00119 17,2

KMBE/SM 0,09 0,00066 5,09

A minták izotermáinak lefutása mutatja a hiszterézis jelenségét, ennek megfelelően az anyagok 2 nm pórusátmérőnél kisebb ún. mikropórusokat nem tartalmaznak. Az átlagos átmérők alapján a mintákra a mezopórusok jellemzőek (2 nm < D_p,átl< 50 nm, IUPAC).

A pórustérfogat-eloszlás egyenletes, a pórusátmérő növekedésével a térfogat kis mértékben növekszik. Általánosságban elmondható, hogy a minták pórustérfogata kicsi, az átlagos pórusátmérő 50-80 Å, ami jó szorbens pórusátmérőt jelent, a fajlagos felület pedig relatíve kis értékű (FBET<< 300-1700 m²/g). Tekintve, hogy a BJH-elmélet henger alakú pórusokat feltételez, a pórusok kis magasságú hengerként képzelhetőek el. Ezen morfológiai jellemzők szerint a vizsgált minták adszorbensnek nem tekinthetők.

A lignocellulóz tartalmú alapanyagok elektronmikroszkópos képét a 3.3-9. ábra mutatja.

Az RP szivacsos, erősen tagolt szerkezettel rendelkezik. Az KMB-ot rendezetlen struktúra jellemzi.

A SEM felvételek alapján erőteljes különbség van a két anyag morfológiája közt.

3.3-9. ábra: RP és KMB elektronmikroszkópos felvétele

Ezeknek az anyagoknak a CA-as módosulatai is hasonló szerkezeteket mutatnak. Kis mértékű tömörödés figyelhető meg (3.3-10. ábra).

3.3-10. ábra: Citromsavval módosított RP és KMB elektronmikroszkópos felvétele

A 3.3-11. ábra mutatja, hogy az extrakció-lúgos előkezelés kombinációja milyen változást okozott a minták megjelenésében.

3.3-11. ábra: Extrahált és nátrium-hidroxiddal előkezelt RP és KMB elektronmikroszkópos felvétele

Az előkezelések hatására simább felületek láthatóak a kezeletlen anyagokéhoz képest, feltehetően a mélyebb részek változása miatt. KMBE/L-nél jól kivethető a rostos, szálas struktúra, bár a minta egészét tekintve csak szigetszerűen maradnak meg ilyen rendezett részek.

A CA-as módosítás RP esetén jelentős változást okozott a minta alaki megjelenésében. Az eddigi mintákkal ellentétben ezeket a felvételeket kompaktabb, tömörebb struktúra jellemzi.

A 3.3-12. ábrán már megfigyelhető, hogy az oldalrész is tömörödött a korábbi szivacsos megjelenéshez képest. A felszíni fotókon pedig jól körbehatárolt, mélyárkos szerkezet látható.

3.3-12. ábra: Extrahált, lúggal előkezelt és citromsavval módosított RP elektronmikroszkópos felvételei

KMBE/LM-nél durvább szerkezett alakul ki, amelyben a KMBE/L-hoz hasonlóan rendezetlen és rendezett részek váltakoznak (3.3-13. ábra).

3.3-13. ábra: Extrahált, lúggal előkezelt és citromsavval módosított KMB elektronmikroszkópos felvétele

Összegezve belátható, hogy az RP és az KMB morfológiája eltérő, a lúgos és CA-as kezelést követően ez az eltérés csak fokozódik. Ezek a minták összetételüket illetően nagyon hasonló felépítést mutattak, morfológiájuk azonban jelentősen különbözik. Ez magyarázat lehet a korábban tapasztalt eltérő fémion megkötési tulajdonságokra.

Kevés publikációban találhatóak elektronmikroszkópos felvételek, de Zhu munkájában (Zhu, Fan, & Zhang, 2008) szintén láthatóak hasonló mélyárkos részek a lúgozott CA módosított szójabab szalma felületén (3.3-14. ábra).

3.3-14. ábra: Vizes nátrium-hidroxiddal és vizes citromsavval módosított szójabab szalma elektronmikroszkópos felvétele (2000X nagyítás) (Zhu, Fan, & Zhang, 2008) 3.4 Laboratóriumi oszlopkísérletek eredményei

A folyamatos megkötési vizsgálatoknak, oszlopkísérleteknek két célja volt. Egyrészt az egyes minták oszloptechnikai alkalmazhatóságának megállapítását szolgálta, másrészt pedig a kapacitás meghatározását.

A 2.4.6. fejezetben leírtaknak megfelelően laboratórumi oszlopkísérleteket végeztem RP/M, RPE/LM, KMB/M, KMBE/LM jelű mintákkal, és összehasonlításként egy kereskedelmi forgalomban lévő gyengén savas C104 jelzésű (Purolite) ioncserélő gyantával.

A felsorolt mintákat oszlopba töltve az oszlop eltömődik, a mérés megoldhatatlan, ezért a mintákat formáltam. A vizes formálás során az anyagok duzzadnak, és a C104 kivételével a víz sárgás elszíneződése tapasztalható. A savas áztatásnál a RP/M és a KMB/M esetén a sósav sárga színű, zavaros oldattá változott, ezzel szemben a C104, a KMBE/LM és a RPE/LM esetén nem történt szemrevételezéssel észlelhető változás. A lúgos formálás a C104 kivételével valamennyi mintánál sűrű, zavaros oldathoz vezet, amelynek színe a RPE/LM-nél világos barna, a KMBE/LM-nél sárga, a RP/M-nél és a KMB/M-nél sötét barna. Az oldatok színének ilyen komoly változása az előállított minták könnyű oldhatóságára utal. a KMBE/LM-nél és a RPE/LM-nél látszólag csak a nátrium-hidroxid okozott jelentős kioldódást, de a RP/M és a KMB/M már savval szemben sem ellenálló. A minták kiindulási és formálás utáni száraz tömegének ismeretében számíthatóak a tömegveszteségek, ilyen módon a minták bomlásának mértéke számszerűen követhető. A 3.4-1. táblázat adatai azt mutatják, hogy még a kereskedmi forgalomban lévő ioncserélő anyagnál is van tömegveszteség. A RP/M és a KMB/M jelentős vesztesége alátámasztja a korábban tapasztaltakat, tehát ezek az anyagok gyakorlatilag elbomlanak a formálás során.

A KMBE/LM esetén ez a veszteség nem sokat csökken a KMB/M-éhez képest, ellenben a RPE/LM-nél jónak mondható az 50%-os érték.

3.4-1. táblázat: A minták tömegveszteségei a formálás hatására Minta Tömegveszteség (%)

RP/M 84

KMB/M 92

RPE/LM 50

KMBE/LM 85

C104 19

Az oszlopban hígabb oldatokkal kell dolgozni, mint a formálásnál, így 3 mol/l-es sósav helyett 2 mol/l-sel, 1 mol/l-es nátrium-hidroxid helyett 0,1 mol/l-sel, de belátható, hogy ezek a tapasztalt tömegveszteségek olyan nagy mértékűek, hogy jelentős csökkenésük kisebb koncentrációk alkalmazása esetén sem várható. Ezek a veszteségek pedig egyértelműen az oszlop eltömődéséhez vezetnének, ezért a további műveleteket csak a RPE/LM-kal végeztem el. A kapacitást meghatároztam a RPE/LM-re, formált a RPE/LM-re és formált, hidrogén-formára hozott a RPE/LM-re, az eredményeket a 3.4-2. táblázatban foglaltam össze.

90 3.4-2. táblázat: A mért ioncserés kapacitások

Minta Forma Q_M,O (mmol H⁺/g) Halmazsűrűség (g/ml)

RPE/LM H⁺-Na⁺ eltömődött 0,56

formált RPE/LM H⁺-Na⁺ 1,84 0,38

formált RPE/LM H⁺ H⁺ 2,79 -

C104 H⁺ 2,90* -

*3,80 mmol/g H⁺ elméletileg (Purolite, 2007)

A mintákat oszlopba töltve jelentős duzzadást tapasztaltam (2,2-szeres), feltehetően az oldószer adszorpciós-deszorpciós folyamatok miatt. A formálási eredmények alapján várható volt, hogy a RPE/LM-nél el fog tömődni az oszlop. A formált RPE/LM jól működik az oszlopban, egyenletesen áramlott a nátrium-hidroxid halvány sárga színnel. A formált RPE/LM hidrogén formára hozását is könnyen elvégeztem, a sósav színváltozását sem tapasztaltam. A vizes mosást követően az enyhén sárga színű nátrium-hidroxid effluenst is könnyen összegyűjtöttem. A számított eredmények alapján (24. egyenlet, 3.4-2. táblázat) a hidrogén formára hozott RPE/LM kapacitása jól közelíti az adott vizsgálati körülmények közt a kereskedelmi forgaralomban kapható gyantáét. A tapasztalatok alapján tehát a formázott RPE/LM oszloptechnikai célokra nyugvóréteges adszorbens-ioncserés töltetként jó kapacitással alkalmazható, duzzadása miatt azonban különleges vegyipari műveleti megoldást (kúpos készülék) igényel. A 3.3-3. táblázatot is figyelembe véve megállapítható, hogy 100 g kezeletlen repce pelletből ~17 g formált RPE/LM állítható elő.

3.5 Lebonthatósági vizsgálatok eredményei

A repcemag alapú minták lebonthatóságának jellemzésére szolgáló BOI5 vizsgálatot a 2.4.7. fejezetben leirtak szerint végeztem, eredményeit a 3.5-1. táblázat tartalmazza.

3.5-1. táblázat: Repcemag pellet és néhány származékának biológiai oxigénigénye Minta BOI₅, g/l (B_E)

RP 64,5

RP/M 17,5

RPE/LM 3,4

RPE/LM formált 2,9

Az adatok alapján azt feltételeznénk, hogy a minták kezelése jelentősen csökkentette a biológiai lebonthatóságot, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy a kezelt anyagok lényegesen kevesebb könnyen bontható részt tartalmaznak. Tehát nem a rost lebonthatósága romlott jelentősen a kezeletlen repcéhez képest, hanem az alkalmazott baktériumtörzsekkel lebontható részek mennyisége csökkent, amely kedvező termék tulajdonságot jelent, mert így

kevesebb a könnyen oldódó szerves alkotó a mintában, ami nehezíti az alkalmazást. Egyúttal megállapítható, hogy a RPE/LM és a formált, tehát oszlopban is alkalmazható RPE/LM BOI₅ értéke közt nincs számottevő különbség.

3.5-1. ábra: RPE/LM és a BOI mérőoldat biológiai oxigén igényének alakulása az 5 napos mérés alatt

A BOI értékek trendje a vártnak megfelelően exponenciális növekedést mutat.

A 3.5-1. ábrán látható, hogy a RPE/LM és a mérőoldat adatsora gyakorlatilag egybeesik, tehát a vizsgált minta nincs káros hatással a baktériumkultúrára. Az anyag egyértelműen biológiailag lebontható és nem toxikus.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 2000 4000 6000 8000

BOI, mg/l (BK, BM)

idő, min

Mérőoldat RPE/LM

92 4 Összefoglalás

Doktori munkámban két mezőgazdasági hulladék: a repcemag-pellet és a keményítőmentes

In document Bioszorbensek előállítása mezőgazdasági hulladékokból származó, módosított cellulózrostok felhasználásával (Pldal 78-0)