Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/92125
Title: Inertization of heavy metals in soils - utilization of nanotechnologies and natural wastes
Other Titles: Inertização de metais pesados em solos - utilização de nanotecnologias e resíduos naturais
Authors: Azevedo, Beatriz Franco
Orientador: Correia, António Alberto Santos
Rasteiro, Maria da Graça Bontempo Vaz
Keywords: Remediação de solos; Metais pesados; Adsorção; Biochar; Nanoargila; Soil remediation; Heavy metals; Adsorption; Biochar; Halloysite nanoclay
Issue Date: 11-Sep-2020
Serial title, monograph or event: Inertization of heavy metals in soils - utilization of nanotechnologies and natural wastes
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Química
Abstract: The fast growth in population has overburdened Earth’s resources and increased its levels of pollution. The constant search for new products and/or services has demanded for a higher level of production of industrial activities, which consequently results in greater emissions and discharges of pollutants to the air, water and soil. The heavy metals are a common and alarming contaminant due to their non-biodegradable and toxic nature. Thus, their disposal presents an environmental challenge. There are several remediation techniques that may be used to effectively mitigate the heavy metals contaminants. However, the appropriate selection of the technique is crucial and depends on various factors, such as the type of pollutant and the area of contamination. According to the technique, it may be necessary to apply a reagent or an immobilization agent. Their adequate choice is also important as it highly affects the cost of the remediation, its efficiency and the targeted environment. Some of the desired characteristics are a high specific surface area, high porosity, high adsorption capacity and low toxicity. Nowadays, common adsorbents applied for remediation purposes are activated carbon, biochar from multiple feedstocks and nanomaterials. In this work the focus was on the application of oak wood bark biochar and halloysite nanoclay to a soil contaminated with heavy metals (Cu, Cr, Ni and Zn) and the evaluation of their remediation potential. The experiments were done using percolation and suspension tests. In order to achieve a good dispersion of the adsorbents, three surfactants were tested, SDBS (anionic) and Pluronic F-127 (non-ionic) together and LigniOx-LB (anionic, being a natural surfactant obtained from a by-product). First of all, the application of biochar and surfactants in different concentrations was assessed. Then, the effect of the time of contact was taken into consideration, evaluating the remediation performance for up to seven days. The shift in surfactant was the following parameter under evaluation. Lastly, the influence of the biochar diameter was taken into account. Regarding the halloysite nanoclay, the first parameter analysed was its concentration. Following, the impact of the surfactants concentration was considered. Furthermore, the change in both the nanoclay and surfactants concentration was evaluated. The performance of LigniOx-LB was also investigated by applying two different concentrations. Reviewing all the results obtained, the potential of both adsorbents to remediate the Baixo Mondego soft soil contaminated with heavy metals is clearly dependent on their concentration and effective dispersion, and on the organic matter content. Furthermore, it was concluded that the effective performance of the remediation agent is highly affected by the type of surfactant used for its dispersion and the time of contact, since a desorption effect occurred, over time, in various experiments, especially for Ni (II). The remediation techniques tested should be further investigated.
O rápido crescimento da população tem sobrecarregado os recursos da Terra e aumentado os níveis de poluição. A constante procura por novos produtos e/ou serviços tem aumentado o nível de produção das atividades industriais, o que consequentemente resulta numa maior emissão e descarga de poluentes para o ar, água e terra. Os metais pesados são um comum e alarmante contaminante devido à sua natureza não-biodegradável e tóxica. Deste modo, a sua descarga apresenta um desafio ambiental. Existem várias técnicas de remediação que podem ser efetuadas para mitigar efetivamente os metais pesados como contaminantes. No entanto, a seleção apropriada da técnica é crucial e depende de vários fatores, como o tipo de poluente e a área de contaminação. De acordo com a técnica, pode ser necessário aplicar um reagente ou um agente de imobilização. A sua escolha adequada também é importante dado que afeta bastante o custo da remediação, a sua eficiência e o ambiente alvo. Algumas das características desejadas são a elevada área específica, elevada porosidade, elevada capacidade de adsorção e baixa toxicidade. Atualmente, adsorventes comummente aplicados para efeitos de remediação são o carvão ativado, biochar proveniente de múltiplas matérias-primas e nanomateriais. Neste trabalho o foco é na aplicação de biochar de casca de carvalho e nanoargila num solo contaminado com metais pesados (Cu, Cr, Ni e Zn) e a avaliação do potencial de remediação destes materiais. As experiências foram realizadas com base em testes de percolação e em suspensão. De modo a atingir uma boa dispersão dos adsorventes, três surfatantes foram testados, SDBS (aniónico) e Pluronic F-127 (não-iónico) em conjunto e LigniOx-LB (aniónico, sendo um surfatante natural obtido através de um sub-produto). Primeiramente, a aplicação de biochar e surfatantes em diferentes concentrações foi aferida. Seguidamente, o efeito do tempo de contacto foi tido em consideração, avaliando o desempenho da remediação até sete dias. A alteração de surfatante foi o parâmetro seguidamente sob avaliação. Por último, a influência do diâmetro do biochar foi tida em conta.Relativamente à nanoargila, o primeiro parâmetro analisado foi a sua concentração. Seguidamente, o impacto da concentração de surfatante foi considerado. Para além disso, a alteração da concentração de nanoargila e surfatante foi avaliada. O desempenho do LigniOx-LB foi também investigado pela aplicação de duas concentrações diferentes.Revendo todos os resultados obtidos, o potencial de ambos os adsorventes para remediar o solo mole do Baixo Mondego contaminado com metais pesados é claramente dependente das concentrações dos aditivos e da dispersão efectiva dos mesmos e ainda do teor de matéria orgânica na suspensão de solo. Para além disso, foi concluído que o desempenho eficaz do agente de remediação é bastante afetado pelo tipo de surfatante usado para a sua dispersão e o tempo de contacto, dado que ocorreu um efeito de desadsorção, ao longo do tempo nalgumas experiências, especialmente para o Ni (II). No entanto, investigação adicional necessita de ser realizada.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/92125
Rights: embargoedAccess
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