Χημικά υδροπηκτώματα ως ροφητές ρύπων σε υδατικά συστήματα

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η ελεγχόμενη ή μη απελευθέρωση επικίνδυνων ρύπων από διάφορους βιομηχανικούς τομείς είναι ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα. Καθώς πολλοί τοξικοί και επιβλαβείς ρύποι εισάγονται άμεσα ή έμμεσα στα υδατικά συστήματα οι απαιτήσεις για νερό χωρίς τοξικές χημικές ουσίες είναι ένα από τα εντονότερα θέματα που αντιμετωπίζει η σύγχρονη εποχή. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη νέων υλικών υψηλής τεχνολογίας για την αποκατάσταση των υδάτων έχει αποκτήσει ευρύ επιστημονικό ενδιαφέρον. Τα υδροπηκτώματα είναι τρισδιάστατα, υδρόφιλα, πολυμερικά δίκτυα ικανά να απορροφούν μεγάλες ποσότητες νερού ή βιολογικών υγρών. Τα δίκτυα αποτελούνται από ομοπολυμερή ή συμπολυμερή και είναι αδιάλυτα λόγω της παρουσίας χημικών ή φυσικών σταυροδεσμών . Όταν τα υδροπηκτώματα έρχονται σε επαφή με υδατικά διαλύματα, μπορούν να προσροφούν αποτελεσματικά και να συγκρατούν τις διαλυμένες ουσίες, ανάλογα με τη φύση των μονομερών που έχουν χρησιμοποιηθεί κατά τη σύνθεσή τους. Για το λόγο αυτό, τα υδροπηκτώματα παρουσιάζουν σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον σε μελέτες προσρόφησης για την απορρύπανση υδάτινων συστημάτων. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίαςαρχικά καταγράφηκε και παρουσιάσθηκε η σύγχρονη βιβλιογραφία σχετικά με την ανάπτυξη νέων καινοτόμων υλικών για περιβαλλοντικές εφαρμογές με ιδιαίτερη έμφαση στα χημικά υδροπηκτώματα για την απορρύπανση υδάτινων συστημάτων. Στη συνέχειαέγινε χρήση διαφορετικών τύπων χημικών υδροπηκτωμάτωνπου ανάλογα με τη χημική δομή και τις ιδιότητες των χρησιμοποιούμενων μονομερών αλλά και το ποσοστό της χημικής διασύνδεσης παρουσίαζαν διαφορετική προσροφητική ικανότητα ως προς τους διάφορους τύπους ρύπων. Διερευνήθηκε η επίδραση των παρακάτω παραμέτρων στην προσροφητική ικανότητα των χημικών υδροπηκτωμάτων: (α) Τύπος και συγκέντρωση του πολυμερούς (β) Επίδραση εξωτερικών παραμέτρων (χρόνος προσρόφησης, ρΗ του διαλύματος) Τα παραπάνω υδροπηκτώματα μελετήθηκαν ως προς την προσροσφητική τους ικανότητα έναντι πολυσθενών ιόντων του ανόργανου αζώτου (ΝΗ4+, ΝΟ3-). Οι τεχνικές παρακολούθησης ήταν η φασματοφωτομετρίααπορρόφησης υπεριώδους-ορατού UV-Vis και οι μετρήσεις Ολικού Αζώτου (TN). SUMMARY

In recent years, the controlled or not release of hazardous pollutants from various industrial sectors is one of the major environmental problems. As many toxic and harmful pollutants are introduced directly or indirectly into aquatic systems, water requirements without toxic chemicals are one of the most pressing issues facing modern times. As a result, the development of novel materials for water remediation has gained widespread scientific interest. Hydrogels are three-dimensional, hydrophilic, polymeric networks capable of adsorbing large amounts of water or biological fluids. The networks consist of homopolymers or copolymers and are insoluble due to the presence of chemical or physical crosslinks. When the hydrogels come into contact with aqueous solutions, they can adsorb effectively and retain the solutes depending on the nature of the monomers used for their synthesis. For this reason, hydrogels are of major research interest in adsorption studies for water system decontamination. In the context of this thesis, the contemporary literature on the development of new innovative materials for environmental applications with particular emphasis on chemical hydrogels for the decontamination of water bodies has been documented and presented. Subsequently, different types of chemical hydrogels were used which depending on the chemical structure and properties of the monomers used and the rate of chemical crosslinking showed different adsorption capacities for the different types of pollutants. The effect of the following parameters on the adsorption capacity of chemical hydrogels was investigated: (a) Type and concentration of the polymer (b) Effect of external parameters (ie adsorption time, and pH of solution) The above hydrogels were studied for their adsorption capacity against inorganic nitrogen ions (NH4+, NO3-). The monitoring techniques were UV-Vis absorption spectrophotometry and Total Nitrogen (TN) measurements.