Efektywność oczyszczania roztworów wodnych z wybranych anionów przez nanokompozyty otrzymane na bazie kaolinitu ze złoża Maria III

Abstract

The work focuses on efficiency of $Mo$(VI), $As$(V) and $Cr$(VI) removal by two nanocomposites based on kaolinite derived from Maria III deposit. Kaolinite was modified by magnetite ($K$ - $Fe_{3}O_{4}$) and zerovalent iron ($K$ - $Fe0$). The composites were characterized by XRD, FTIR, XRF and SEM/EDS which confirmed successful loading of iron-bearing particles on kaolinite’s surface without affecting its structure. The $K$ - $Fe_{3}O_{4}$ showed a slight increase of sorption efficiency compared with pure kaolinite. The kaolinite modified with zerovalent iron showed significant soprtion increase resulting in 750, 350 and 390 mmol/kg sorption for $As$(V), $Mo$(VI) and $Cr$(VI) respectively. Mechanisms responsible for $As$(V) and $Mo$(VI) uptake by $K$ - $Fe_{3}O_{4}$ are mainly chemisorption, and for $Cr$(VI) both reduction and adsorption. Mechanisms related to $As$(V) and $Mo$(VI) uptake by $K$ – $Fe0$ are adsorption on iron oxyhydroxide shell covering metalic $Fe0$ core, and reduction on metalic core. $Cr$(VI) can be reduced to $Cr$(III) or it precipitates in the form of $Fe$-$Cr$ hydroxides. Praca obejmuje charakterystykę dwóch nanokompozytów otrzymanych na bazie kaolinitu ze złoża Maria III – zawierających magnetyt ($K$ - $Fe_{3}O_{4}$) oraz zerowartościowe żelazo ($K$ - $Fe0$) – pod względem efektywności sorpcji anionów $Mo$(VI), $As$(V) i $Cr$(VI). Otrzymane kompozyty zostały scharakteryzowane za pomocą metod XRD, FTIR, XRF i SEM/EDS. Analizy potwierdziły skuteczne wprowadzenie cząstek zawierających żelazo na powierzchnię kaolinitu, bez naruszenia jego struktury. Modyfikacja magnetytem nieznacznie polepszyła zdolności sorpcyjne względem czystego kaolinitu, a modyfikacja zerowartościowym żelazem znacznie zwiększyła skuteczność sorpcji badanych anionów. Maksymalna wielkość sorpcji na kompozycie $K$$Fe0$ osiągnęła odpowiednio 750, 350 i 390 mmol/kg dla $As$(V), $Mo$(VI) i $Cr$(VI). Mechanizmy sorpcji na $K$ - $Fe_{3}O_{4}$ opierają się głównie na chemisorpcji ($As$(V), $Mo$(VI)), oraz redukcji i adsorpcji ($Cr$(VI)). $K$ – $Fe0$ usuwa aniony $As$(V) i $M$o(VI) głównie poprzez sorpcję na tlenowodorotlenkach żelaza pokrywających powierzchnię Fe0, oraz redukcję przez metaliczne $Fe0$, a $Cr$(VI) poprzez redukcję do $Cr$(III) i strącanie wodorotlenków $Fe$ – $Cr$.