Heterogeniczność strukturalna oraz właściwości adsorpcyjne adsorbentów naturalnych (klinoptynolit, mordenit, diatomit, talk, chryzotyl)

Jest to kompleksowe opracowanie zagadnienia zbadania i opisania właściwości wybranych sorbentów naturalnych w celu ich zastosowania w praktyce. Problematyka ochrony środowiska przez wiązanie nadmiarowych ilości szkodliwych indywiduów chemicznych jest bardzo ważna i wciąż aktualna.

Z recenzji dr. hab. Jerzego Łukaszewicza, prof. UMK

Skróty i symbole / 9
Wstęp / 11

1. Naturalne adsorbenty klasy krzemianów
1.1. Klasyfikacja minerałów klasy krzemianów / 17
1.2. Charakterystyka wybranych adsorbentów klasy krzemianów / 29
1.2.1. Zeolity: klinoptylolit, mordent / 29
1.2.1.1. Struktura krystaliczna oraz właściwości fizykochemiczne / 29
1.2.1.2. Geneza oraz geologiczne warunki występowania / 40
1.2.1.3. Możliwości praktycznego zastosowania / 42
1.2.2. Talk / 45
1.2.2.1. Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna / 45
1.2.2.2. Geneza oraz geologiczne warunki występowania / 48
1.2.2.3. Możliwości praktycznego zastosowania / 49
1.2.3. Chryzotyl / 50
1.2.3.1. Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna / 50
1.2.3.2. Geneza oraz geologiczne warunki występowania / 53
1.2.3.3. Możliwości praktycznego zastosowania / 54
1.2.4. Skały krzemionkowe organogeniczne – diatomity / 56
1.2.4.1. Struktura oraz właściwości fizykochemiczne diatomitów / 56
1.2.4.2. Geneza oraz geologiczne warunki występowania / 60
1.2.4.3. Możliwości praktycznego zastosowania / 61

2. Heterogeniczność i hierarchia strukturalna adsorbentów naturalnych
2.1. Stosowane metody i techniki badawcze / 63
2.1.1. Metody badań właściwości fizycznych / 63
2.1.2. Badania mikroskopowe / 65
2.1.3. Analiza spektroskopowa w podczerwieni (FTIR) / 66
2.1.4. Termiczna analiza grawimetryczna (TGA) / 66
2.1.5. Analiza dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD) / 68
2.1.6. O znaczanie zawartości węgla organicznego (TOC) / 68
2.1.7. Metoda niskotemperaturowej adsorpcji azotu / 69
2.1.8. Metoda obliczeń geometrycznych / 73
2.2. Heterogeniczność struktury porowatej klinoptylolitu / 75
2.2.1. Wprowadzenie do problemu badawczego / 75
2.2.2. Właściwości fizyczne klinoptylolitu / 77
2.2.3. Izotermy niskotemperaturowej adsorpcji/desorpcji azotu / 77
2.2.4. Powierzchnia właściwa i objętość porów klinoptylolitu zajmowanych przez kationy wymienne (CEC) oraz zaadsorbowane cząsteczki wody (dane TGA) / 80
2.2.5. Wiązania strukturalne klinoptylolitu (analiza FTIR) / 83
2.2.6. Morfologa i struktura mikrokrystalitów klinoptylolitu (techniki mikroskopowe) / 84
2.2.7. Obliczenia porowatości szkieletowej struktury krystalicznej klinoptylolitu za pomocą metody geometrycznej / 89
2.3. Specyfika struktury nanorurek azbestu chryzotylowego / 90
2.3.1. Zarys problemu badawczego / 90
2.3.2. Charakterystyka morfologii i struktury włókien chryzotylu (technika SEM) / 91
2.3.3. Skład chemiczny i mineralny chryzotylu / 93
2.3.4. Charakterystyka morfologii i struktury nanorurek chryzotylu (technika TEM) / 95
2.3.5. Struktura porowata nanorurek chryzotylu według wyników badań niskotemperaturowej adsorpcji/desorpcji azotu oraz obliczeń geometrycznych / 101
2.3.6. Charakterystyka przemian termicznych chryzotylu (technika TGA) / 106
2.4. Charakter warstwowej nanostruktury talku / 110
2.4.1. Morfologia, struktura oraz skład chemiczny / 110
2.4.2. Struktura porowata oraz wiązania strukturalne talku / 112
2.4.3. Skład mineralny oraz stabilność termiczna / 114
2.5. Heterogeniczność strukturalna diatomitów / 114
2.5.1. Charakterystyka morfologii i struktury diatomitów za pomocą SEM / 116
2.5.2. Skład chemiczny i mineralny / 117
2.5.3. Struktura porowata (izoterma niskotemperaturowej adsorpcji/desorpcji azotu) / 119
2.5.4. Charakter wiązań strukturalnych / 121
2.5.5. Stabilność termiczna diatomitów / 122
2.6. Wnioski z badań heterogeniczności strukturalnej adsorbentów naturalnych / 125

3. Złożoność i zróżnicowanie procesów adsorpcji na adsorbentach naturalnych
3.1. Stosowane metody opisu procesów adsorpcji / 129
3.1.1. Kinetyka adsorpcji. Matematyczne modele opisu kinetyki adsorpcji / 130
3.1.2. Izoterma adsorpcji. Matematyczne modele opisu izotermy adsorpcji / 134
3.1.3. Matematyczne modele opisu adsorpcji w warunkach dynamicznych / 139
3.1.4. Parametry statystyczne dokładności aproksymacji modeli teoretycznych / 141
3.2. Jonowymienna adsorpcja metali ciężkich i jonów NH4 + z roztworów wodnych / 142
3.2.1. Jonowymienna adsorpcja jonów amonowych na klinoptylolicie i mordenicie / 142
3.2.1.1. Problematyka zanieczyszczenia wód naturalnych azotem amonowym / 142
3.2.1.2. Jonowymienna adsorpcja jonów amonowych na klinoptylolicie w warunkach statycznych / 145
3.2.1.3. Jonowymienna adsorpcja jonów amonowych na klinoptylolicie w warunkach dynamicznych / 150
3.2.1.4. Jonowymienna adsorpcja jonów amonowych na mordenicie w warunkach statycznych i dynamicznych / 157
3.2.2. Selektywność jonowymiennej adsorpcji metali ciężkich na klinoptylolicie / 163
3.2.2.1. Wprowadzenie do problemu badawczego / 163
3.2.2.2. Kinetyka jonowymiennej adsorpcji metali ciężkich z roztworów wodnych / 165
3.2.2.3. Izotermy jonowymiennej adsorpcji metali ciężkich z roztworów wodnych / 169
3.2.2.4. Aproksymacja danych eksperymentalnych do modeli teoretycznych / 172
3.3. Immobilizacja metali ciężkich na klinoptylolicie z osadów ściekowych / 176
3.3.1. Utylizacja osadów ściekowych – poważny problem środowiskowy / 176
3.3.2. E kstrakcja metali ciężkich z osadów ściekowych techniką soid–liquid–solid extraction z wykorzystaniem kolumn dyfuzyjno‑adsorpcyjnych / 179
3.3.3. Wpływ dodatku klinoptylolitu na formy migracyjne metali ciężkich w osadach ściekowych / 189
3.4. Adsorpcja związków organicznych z roztworów wodnych / 193
3.4.1. Kinetyka oraz równowagowa adsorpcja fenolu na klinoptylolicie / 193
3.4.1.1. Problematyka fenoli w środowisku naturalnym / 193
3.4.1.2. Model struktury klinoptylolitu modyfikowanego surfaktantem / 195
3.4.1.3. Kinetyka adsorpcji fenolu na klinoptylolicie / 197
3.4.1.4. Izotermy adsorpcji fenolu na modyfikowanym HDTMA klinoptylolicie /199
3.4.1.5. Wiarygodne mechanizmy adsorpcji fenolu na klinoptylolicie / 202
3.4.2. Adsorpcja pestycydów chloroorganicznych na klinoptylolicie / 203
3.4.2.1. Problem pozostałości pestycydów chloroorganicznych w środowisku naturalnym /203
3.4.2.2. Przebieg kinetyki adsorpcji pestycydów chloroorganicznych / 204
3.4.2.3. Izotermy adsorpcji pestycydów chloroorganicznych / 206
3.4.2.4. Wiarygodne mechanizmy adsorpcji pestycydów na powierzchni klinoptylolitu / 208
3.4.3. Immobilizacja zearalenonu na talku i diatomicie z syntetycznych roztworów fizjologicznych / 210
3.4.3.1. Problematyka zanieczyszczeń mikotoksynami / 210
3.4.3.2. Przebieg kinetyki adsorpcji zearalenonu na talku i diatomicie / 214
3.4.3.3. Efektywność desorpcji zearalenonu / 217
3.4.3.4. Wiarygodne mechanizmy adsorpcji zearalenonu na talku i diatomicie / 218
3.5. Usuwanie jonów uranu(VI) z roztworów wodnych / 220
3.5.1. Zarys problemu badawczego / 220
3.5.2. Złożoność procesu adsorpcji jonów uranu na talku / 222
3.5.2.1. Kinetyka adsorpcji uranu oraz wpływ pH na proces adsorpcji / 222
3.5.2.2. Izotermy oraz klastrowy model adsorpcji uranu / 225
3.5.2.3. Selektywność adsorpcji uranu w obecności kationów innych metali / 228
3.5.3. Adsorpcja jonów uranu na naturalnym i modyfikowanym diatomicie / 230
3.5.3.1. Kinetyka adsorpcji uranu na diatomicie / 230
3.5.3.2. Izotermy oraz efektywność adsorpcji uranu / 232
3.5.3.3. Wpływ pH roztworu na adsorpcje uranu / 234
3.5.3.4. Wpływ stężenia i rodzaju rozpuszczonych soli na adsorpcje uranu / 236
3.5.3.5. Efektywność desorpcji uranu / 236
3.5.4. Porównywalna charakterystyka adsorpcji uranu na różnego typu adsorbentach / 237
3.6. Wnioski z badań właściwości adsorpcyjnych wybranych adsorbentów naturalnych /239

4. Podsumowanie / 245
Literatura / 247
Streszczenie / 270
Summary / 271

Miroslav Sprynskyy