Кінетика процесів вилучення іонів Сu(II) та Fe(III) з водних розчинів біосорбентами на основі відходів переробки гороху

Автор(и)

  • Оlena Kovalenko Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-8009-1103
  • Viktoriia Novoseltseva Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0003-3400-1776
  • Oleh Vasyliv Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-0597-8863
  • Olena Liapina Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-6739-5225
  • Olga Beregova Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0001-8455-2061

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.215043

Ключові слова:

водні розчини, важкі метали, рослинні відходи, біосорбенти, кінетика, ізотерми адсорбції

Анотація

Ефективне очищення природних і стічних вод від важких металів – актуальна екологічна і народногосподарська проблема. Вирішувати її можна шляхом застосування в технологіях оброблення води біосорбентів з рослинних відходів. Останні утворюються в значних кількостях на сільськогосподарських і харчових підприємствах. З врахування відомостей про особливості механічного і термічного впливу на компоненти рослинної біомаси обґрунтовано способи отримання біосорбентів з відходів переробки гороху. Показано, що шляхом зневоднення відходів, їх карбонізації і подрібнення карбонізату можна отримати біосорбенти з різними сорбційними властивостями. Встановлено характер впливу параметрів процесу біосорбції іонів Cu(II) та Fe(III) з модельних водних розчинів на зміну концентрації розчину, величину і відсоток адсорбції. Зокрема вивчено вплив тривалості процесу, виду і початкового вмісту металу в розчині, дозування і способу отримання біосорбенту. Показано, що від 38 до 98 % важких металів можна вилучити з розчинів з їх початковою концентрацією в межах від 2 до 20 мг/дм3 і дозуванні біосорбентів в межах від 1 до 30 г/дм3. Встановлено, що карбонізати більш ефективно вилучають важкі метали. Також визначено, що біосорбенти з відходів переробки гороху краще вилучають з водних розчинів іони Cu(II), ніж іони Fe(III). Узагальнення результатів кінетичних досліджень представлено у вигляді багатофакторного регресійного рівняння. Рівняння дозволяє розрахувати зміну концентрації важкого металу в розчині в залежності від його початкової концентрації, тривалості процесу біосорбції і дозування біосорбенту. Для математичного опису експериментальних ізотерм адсорбції визначені значення коефіцієнтів рівняння Ленгмюра. Отриманні рівняння дозволять здійснити оптимізацію технологічних параметрів процесу.

Біографії авторів

Оlena Kovalenko, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, професор

Кафедра біоінженерії і води

Viktoriia Novoseltseva, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Аспірант

Кафедра біоінженерії і води

Oleh Vasyliv, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра нафтогазових технологій, інженерії та теплоенергетики

Olena Liapina, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра біоінженерії і води

Olga Beregova, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра біоінженерії і води

Посилання

  1. Masindi, V., Muedi, K. L. (2018). Environmental Contamination. Heavy Metals. doi: http://doi.org/10.5772/intechopen.76082
  2. Science for Environment Policy (2017) Tackling mercury pollution in the EU and worldwide. In-depth Report 15 produced for the European Commission, DG Environment by the Science Communication Unit. Bristol: UWE. Available at: https://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/pdf/tackling_mercury_pollution_EU_and_worldwide_IR15_en.pdf
  3. Abdel-Raouf, M. S., Abdul-Raheim, A. R. M. (2016). Removal of Heavy Metals from Industrial Waste Water by Biomass-Based Materials: A Review. Journal of Pollution Effects & Control, 5 (1). doi: http://doi.org/10.4172/2375-4397.1000180
  4. Musilova, J., Arvay, J., Vollmannova, A., Toth, T., Tomas, J. (2016). Environmental Contamination by Heavy Metals in Region with Previous Mining Activity. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 97 (4), 569–575. doi: http://doi.org/10.1007/s00128-016-1907-3
  5. Vasyliuk, T. P. (2013). Akumuliatsiia ta rozpodil vazhkykh metaliv u fitomasi hidrobiontiv vydu Eichhornia Crassipes (Mart.) Solms pry bioochyshchenni silskohospodarskykh stichnykh vod. Visnyk NUVHP, 1 (61), 67–73.
  6. Nwosu, U. L., Ajiwe, V. I. E., Okoye, P. A. C. (2014). Assessment of Heavy Metal Pollution of Effluents from three (3) Food Industries in Nnewi/Ogidi areas of Anambra State, Nigeria. IOSR Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology, 8 (11), 13–21. doi: http://doi.org/10.9790/2402-081131321
  7. Kanamarlapudi, S. L. R. K., Chintalpudi, V. K., Muddada, S. (2018). Application of Biosorption for Removal of Heavy Metals from Wastewater. Biosorption. doi: http://doi.org/10.5772/intechopen.77315
  8. Mussatto, S. I. (Ed.) (2016). Biomass Fractionation Technologies for a Lignocellulosic Feedstock Based Biorefinery. Elsevier, 647. doi: http://doi.org/10.1016/c2014-0-01890-4
  9. Iamansarova, E. T., Khasanova, D. N., Abdullin, M. I., Gromyko, N. V. (2016). Ekonomicheskie aspekty primeneniia sorbentov na osnove selskokhoziaistvennykh otkhodov dlia ochistki prirodnykh vod ot nefti i produktov na ee osnove. Nauchnii zhurnal NIU ITMO, 1, 118–122.
  10. Jamshaid, A., Hamid, A., Muhammad, N., Naseer, A., Ghauri, M., Iqbal, J. et. al. (2017). Cellulose-based Materials for the Removal of Heavy Metals from Wastewater – An Overview. ChemBioEng Reviews, 4 (4), 240–256. doi: http://doi.org/10.1002/cben.201700002
  11. Angin, D. (2014). Utilization of activated carbon produced from fruit juice industry solid waste for the adsorption of Yellow 18 from aqueous solutions. Bioresource Technology, 168, 259–266. doi: http://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.02.100
  12. Yavari, S., Malakahmad, A., Sapari, N. B., Yavari, S. (2017). Synthesis optimization of oil palm empty fruit bunch and rice husk biochars for removal of imazapic and imazapyr herbicides. Journal of Environmental Management, 193, 201–210. doi: http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.02.035
  13. Kovalenko, E. A., Kurchevich, I. V., Vasyliv, O. B. (2012). Eksperimentalnye issledovaniia vliianiia uslovii vymorazhivaniia na kachestvo opresnennoi vody. Opyt i molodost v reshenii vodnykh problem. Saint Petersburg, 2, 126–134.
  14. Adilla Rashidi, N., Yusup, S. (2020). A Mini Review of Biochar Synthesis, Characterization, and Related Standardization and Legislation. Applications of Biochar for Environmental Safety. doi: http://doi.org/10.5772/intechopen.92621
  15. Garg, M. (2015). Nutritional Evaluation and Utilization of Pea Pod Powder for Preparation of Jaggery Biscuits. Journal of Food Processing & Technology, 6 (12). doi: http://doi.org/10.4172/2157-7110.1000522
  16. Pfaltzgraff, L. A., De bruyn Mario, Cooper, E. C., Budarin, V., Clark, J. H. (2013). Food waste biomass: a resource for high-value chemicals. Green Chemistry, 15 (2), 307–314. doi: http://doi.org/10.1039/c2gc36978h
  17. Rehman, A., Gulfraz, M., Raja, G. K., Inam Ul Haq, M., Anwar, Z. (2015). A Comprehensive Approach to Utilize an Agricultural Pea peel (Pisum sativum) Waste as a Potential Source for Bio-ethanol Production. Romanian Biotechnological Letters, 20 (3), 10422–10430.
  18. Swain, S. K., Patel, S. B., Panda, A. P., Patnaik, T., Dey, R. K. (2018). Pea (Pisum sativum L.) peel waste carbon loaded with zirconium: study of kinetics, thermodynamics and mechanism of fluoride adsorption. Separation Science and Technology, 54 (14), 2194–2211. doi: http://doi.org/10.1080/01496395.2018.1543320
  19. Pathak, P. D., Mandavgane, S. A., Kulkarni, B. D. (2016). Characterizing Fruit and Vegetable Peels as Bioadsorbents. Current Science, 110 (11), 2114. doi: http://doi.org/10.18520/cs/v110/i11/2114-2123
  20. Haq, A. ul, Saeed, M., Anjum, S., Bokhari, T. H., Usman, M., Tubbsum, S. (2017). Evaluation of Sorption Mechanism of Pb (II) and Ni (II) onto Pea (Pisum sativum) Peels. Journal of Oleo Science, 66 (7), 735–743. doi: http://doi.org/10.5650/jos.ess17020
  21. Dod, R., Banerjee, G., Saini, S. (2012). Adsorption of methylene blue using green pea peels (Pisum sativum): A cost-effective option for dye-based wastewater treatment. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 17 (4), 862–874. doi: http://doi.org/10.1007/s12257-011-0614-5
  22. Novoseltseva, V., Yankovych, H., Kovalenko, O., Václavíková, M., Melnyk, I. (2020). Production of high-performance lead(II) ions adsorbents from pea peels waste as a sustainable resource. Waste Management & Research. doi: http://doi.org/10.1177/0734242x20943272
  23. Yankovych, H., Novoseltseva, V., Kovalenko, O., Melnyk, I., Václavíková, M.; Petkov, P., Achour, M., Popov, C. (Eds.) (2020). Determination of Surface Groups of Activated Carbons from Different Sources and Their Application for Heavy Metals Treatment. Nanoscience and Nanotechnology in Security and Protection against CBRN Threats. NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics. Dordrecht: Springer, 34, 431–436. doi: http://doi.org/10.1007/978-94-024-2018-0_34
  24. ISO 24512:2007: Activities relating to drinking water and wastewater services – Guidelines for the management of drinking water utilities and for the assessment of drinking water services. Available at: https://www.iso.org/standard/37248.html
  25. ISO 17294-2:2016 Water quality – Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) – Part 2: Determination of selected elements including uranium isotopes).Available at: https://www.iso.org/standard/62962.html
  26. pH–metr pH–150MI Rukovodstvo po ekspluatatsii GRBA.414318.001RE. Obschestvo s ogranichennoi otvetstvennostiu «Izmeritelnaia tekhnika». Available at: https://www.izmteh.ru/upload/Instr(Pribor)/pH-150%D0%9C%D0%98_re.pdf
  27. Sheveleva, I. V., Kholomeidik, A. N., Voit, A. V., Zemnukhova, L. A. (2009). Sorbenty na osnove risovoi shelukhi dlia udaleniia ionov Fe (III), Cu (II), Cd (II), Pb (II) iz rastvorov. Khimiia rastitelnogo syria, 4, 171–176.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-10-31

Як цитувати

Kovalenko О., Novoseltseva, V., Vasyliv, O., Liapina, O., & Beregova, O. (2020). Кінетика процесів вилучення іонів Сu(II) та Fe(III) з водних розчинів біосорбентами на основі відходів переробки гороху. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(10 (107), 14–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.215043

Номер

Том 5 № 10 (107) (2020): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Оlena Kovalenko, Viktoriia Novoseltseva, Oleh Vasyliv, Olena Liapina, Olga Beregova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.