background image

Adsorpcja arsenianów i fosforanów 
na nanocząsteczkach ferryhydrytu 
przy udziale jonów wapnia

Prezenterzy: D. Krupa, M. Dyrek, A. Kałkowski

Nazwa wydziału: WGGiOŚ

Nazwa katedry: KMPiG

Miejsce i data prezentacji: al. Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, sala 

218

24.11.2015

www.agh.edu.pl

www.agh.edu.pl

background image

  Ferryhydryt?

(Fe

5

HO

8 *

 4H

2

O)

• niemal amorficzny, o zmiennym i niestechiometrycznym składzie 

chemicznym,

• 2 typy: 2L i 6L
• Słabe uporządkowanie struktury tego minerału wynika z 

niedostatecznej koordynacji atomów żelaza, obecności wakansów 
i luk strukturalnych.

• Zdefektowana struktura i drobnodyspersyjność  wysoką 

powierzchnią właściwą i znaczną reaktywnością chemiczną.

• Zdolność sekwestracji metali,
• Termodynamicznie niestabilny i wolno ulega transformacji w 

stabilniejsze tlenki żelaza (III), acz powszechnie spotykany w 
strefie hipergenicznej (gleby, sedymenty, słodkie wody).

• Trudno pozyskać czysty minerał, dlatego badania prowadzone są 

na syntetycznych analogach, o ściśle stechiometrycznym 
składzie chemicznym. 

www.agh.edu.pl

www.agh.edu.pl

background image

Fosfor 

• Jest nieodzownym składnikiem odżywczym dla 

roślin (makroelement w niskich stężeniach),

• Bezpieczna ilość to 0,1 mg/l w wodach (wg 

USEPA)

• Powoduje wzrost glonów i eutrofizacji w wodach 

powierzchniowych,

• Występuje w środowisku głównie w postaci PO

43-

• Reaktywny z tlenkiem żelaza,
• Nadmierna jego ilość przyczynia się do 

powstania warunków redukcyjnych,

• Źródła antropogeniczne: nawozy, ścieki 

komunalne (detergenty)

www.agh.edu.pl

www.agh.edu.pl

background image

Arsen 

• Występuje w środowisku np. w postaci anionu AsO

43-

• Źródła antropogeniczne: głównie wody kopalniane 

(do 10 mg/l),

• Źródła naturalne: wietrzenie skał zawierających 

arsen

• Jest rakotwórczy, biotoksyczny, fitotoksyczny
• Bezpieczne dawka 10 ug/l (wg WHO),
• Reaktywny z tlenkiem żelaza,
• Podobne zachowanie chemiczne do fosforu, ale 

różne biogeochemiczne.

background image

Jony Ca

2+ 

polepszają adsorpcję

•Dodatnio naładowane jony zwiększają 
adsorpcję anionów (tutaj: PO

43- 

i AsO

43-

)

•Dlaczego Ca

2+

? Powszechnie dostępny, tani i 

nieszkodliwy dla środowiska?

background image

Reagenty i materiały

• Woda ultra czysta (18MΩ  cm, 25

o

C),

• Niezakwaszona kwasem węglowym,
• Szkoło klasy A,
• Synteza ferryhydrytu była wykonana w 

„plastikowych” materiałach, aby uniknąć 
zanieczyszczeń Si,

• Utensylia zostały przepłukane 10% HNO

3

 w 

celu uniknięcia zanieczyszczeń metali.

background image

Synteza ferryhydrytu i charakterystyka

•0,1M Fe(NO

3

)

3

 dostosowano 1M roztwrem NaOH pod 

ciągłym mieszaniem w obecności N

2

 

(wpompowywanie), aż do pH=8, 
•Mieszano go 48 godz. w 20

o

C, a potem zdializowano 

do konduktywności 10 uS/cm
•Liofilizacja do suchego proszku
•XRD  weryfikacja 2 pikowy,
•TEM  cząsteczki były silnie zagregowane,
•Porównanie eksperymentalnej z modelową  350 

m

2

/g < dla świeżego 600-750 m

2

/g 

background image

Adsorpcja arsenu na ferryhydrycie

• Izotermy uzyskano dla pH: 4,5 7,5 i 9,0.
• Eksperymenty zostały przeprowadzone w zawiesinie 

1g/l ferryhydrytu w 20 ml 0,1 M roztworze KNO

3

• Dodano KH

2

AsO

4

• W 50 ml falkonie, oddzielnie dla każdej wartości pH,
• Sterowano pH poprzez: 0,1 M HNO

lub 0,1 M KOH

• 24 godziny mieszano, pH okresowo mierzono, N

2

 

wtłaczano w celu zablokowania powstawania kwasu 
węglowego,

• Przefiltrowano przez membranę 0,22 um
• Sprawdzono w UV-Vis

background image

Adsorpcja wapnia na ferryhydrycie

• Eksperymenty wykonane w zawiesinie 

ferryhydrytu 1g/l w 20 ml 0,1 M KNO

3

• Dodano roztwór (0,1 M dopasowane do 

żądanej wartości pH poprzez dodawanie 
0,1 M HNO

3

 albo KOH Ca(NO

3

)) 

• Mieszano przez 24 godziny, pH okresowo 

mierzone, N

2

 wtłaczane, aby zapobiec 

powstawaniu kwasu węglowego, 

• filtrowane przez 0,22 um filter
• Koncentracja wapnia w roztworze była 

zmierzona przez ICP-OES

background image

Eksperymenty adsorpcji w 
wieloskładnikowym systemie w 
obecności Ca

• Badano sorpcję w przedziale wartości pH: 5-10
• Stała zawartość arsenianu i fosforanu dla różnych 

wartości pH,

• Dodawano wapnia (do uzyskania 0,3 mM i 6mM),
• Ostateczna objętość w zawiesinie dla każdego punktu 

danych była 20 ml,

• Po okresie zrównoważenia, zawiesiny były przefiltrowane i 

roztwory przeanalizowano pod kątem fosforanów, 
arsenianów i wapnia. Koncentracja fosforanów była 
zmierzona spektrofotometrycznie przez  metodę 
niebieskiego molibdenu 

• Koncentracja zaadsorbowanych jonów była policzona jako 

różnica pomiędzy początkowym a końcową koncentracją 
w roztworze.

background image

Wyniki i dyskusja – adsorpcja arsenianu

Fig.1a. adsorption isotherms for 0.1 M 
KNO

3

background image

Wyniki i dyskusja – adsorpcja arsenianu

Fig. 1b. adsorption envelopes at initial arsenate 
concentration of 0.6 mM;

background image

• Powierzchniowe reakcje dla rozważanych 

trzech powierzchniowych kompleksów:

background image

Wyniki i dyskusja – adsorpcja arsenianu

Fig 1c. surface (dashed lines) and solution 
(dotted lines) speciation for an arsenate loading 
of 0.6 mM according to the CD model 
predictions. Solid lines represent the CD model 
simulations based on option I scenario 
(bidentate surface complexes).

background image

Adsorpcja wapnia

background image

Reakcje powierzchniowe dla wapnia:

background image

Scenariusz I:
-informacje dostępne dla getytu
-występowanie jedno i dwufunkcyjnych 
kompleksów powierzchniowych
-istnienie kompleksów zewnątrz i wewnątrz 
sferycznych

Scenariusz II:
-optymalizacja stałych
-włączenie danych adsorpcji wapnia


Document Outline