The aim of the present study is to elaborate a new adsorption method for the removal of copper ions from aqueous solutions. The applied biosorbent was the immobilized fir tree (Abies alba) sawdust using Na-alginate. With the optimization of the adsorption parameters allowed to develope a new technological process.
Kivonat
A jelen kutatás fő célja egy adszorpción alapuló módszer kidolgozása a réz ionokkal szennyezett víz tisztítására. Az alkalmazott biszorbens Na-algináttal immobilizált fenyőfűrészpor (Abies alba) volt. A paraméterek optimalizálása lehetővé tette egy technológiai eljárás kidolgázását

Anikó, SILYE

Boldizsár, NAGY

Kornélia, MAJDIK

Műszaki Szemle (E-Journal)

Műszaki Szemle • 66 21 
Oszlopos adszorpciós eljárás kidolgozása a Cu2+ ionok megkötésére 
The Development of new Adsorption Column Method  
for the Removal of Cu2+ Ions from Aqueous Solutions 
Elaborarea unei metode pentru eliminarea ionilor de Cu2+  
utilizând o coloană de adsorpție 
NAGY Boldizsár, SILYE Anikó, MAJDIK Kornélia 
Babeș-Bolyai Tudományegyetem, Kémia és Vegyészmérnöki Kar,  
400028-RO, Arany János u. 11, Kolozsvár, Románia 
ABSTRACT 
The aim of the present study is to elaborate a new adsorption method for the removal of copper 
ions from aqueous solutions. The applied biosorbent was the immobilized fir tree (Abies alba) 
sawdust using Na-alginate. With the optimization of the adsorption parameters allowed to develope 
a new technological process. 
ÖSSZEFOGLALÓ  
A jelen kutatás fő célja egy adszorpción alapuló módszer kidolgozása a réz ionokkal szennye-
zett víz tisztítására. Az alkalmazott biszorbens Na-algináttal immobilizált fenyőfűrészpor (Abies al-
ba) volt. A paraméterek optimalizálása lehetővé tette egy technológiai eljárás kidolgázását. 
 
Kulcsszavak: réz ion, adszorpciós oszlop, fenyőfűrészpor (Abies alba) 
 
1. BEVEZETŐ 
A fémek fontos szerepet töltenek be életünkben. A mikrotápanyagok, vagy nyomelemek között is talá-
lunk fémeket, melyek nélkülözhetetlenek, mert hiányuk esetén a szervezet képtelenné válik az életfolyamatok 
zavartalan fenntartására, makromolekulák szintézisére (pl. Fe, Zn, Cu és Mn). A leggyakrabban előforduló, és 
veszélyességük miatt vizsgált toxikus fémek a következők: As, Cd, Cu, Co, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn [1]. A víz mi-
nőségének kérdése a felhasználás szerint változik. A vízminőségi problémák egyik legfontosabb jellemzője a 
mérgező fémtartalom mennyisége és minősége. A szennyvíz, ha alacsony koncentrációban is tartalmazza a 
fémszennyezéseket, ezek a biológiai folyamatokban megkötődnek, és a termelődött biomasszában lényegesen 
nagyobb koncentrációban fordulnak elő. Ezzel magyarázható, hogy a tápláléklánc végén lévő élőlényekben a 
bioakkumuláció révén nagy dózisú fém halmozódhat fel. 
A fémek meghatározhatatlan ideig megmaradnak egyik vagy másik formában, és a környezetbeli tar-
tózkodási formák egymásba alakulása miatt bármikor megjelenhetnek a környezetre és az élőlényekre káros 
formában. Így végső soron a fémek a környezetre sokkal szennyezőbb hatással vannak, mint a tartósan fennál-
ló, vagy nehezen lebomló szerves anyagok, és gyakran bioakkumulációhoz vezetnek. A fémek környezeti 
rendszerekben való mozgását főként az oldhatóság, ionerősség, a kémhatás és az oxidációs-redukciós viszo-
nyok határozzák meg [2].  
A réz a természetben főleg szulfidjainak formáiban fordul elő, de jelen van oxidos, arzenides, kloridos 
ércekben is. Az ipari rézszennyezés különböző iparágakból származhat. A rézszennyezés leggyakrabban a 
galvanizálással foglalkozó üzemek által történik, de fontos szerepe van a különböző védőrétegek felvitelének 
technológiáját alkalmazó iparágaknak is. Réz kerül környezetbe bányászati okokból valamint a réztartalmú 
permetező- és fertőtlenítőszerek használatával, papír- és kőolaj-feldolgozó ipar közreműködésével [3].  
A réz számos fiziológiai hatással rendelkezik. Egy felnőtt szervezet egészséges működésének fenntartá-
sához napi 2–3 mg rézre van szükség. A réz a szuperoxid–dizmutáz kofaktora a vörös vérsejtekben, így jelen-
tős szerepet játszik a vérképzésben, valamint a szabályozás, a sejtlégzés és az enzimháztartás folyamatában is. 
A megemelkedett rézkoncentráció veszélyes lehet az egészségre. A rézmérgezés hemolitikus anémiát, hányást 
22 Műszaki Szemle • 66 
és hasmenést okozhat. A Wilson-betegség a rézmérgezés specifikus tünetei mellett együtt jár a máj, a vese és 
a központi idegrendszer rendellenességeivel [4].  
Romániában a nehézfémek felszíni és felszín alatti vizekben megengedett határértékeit a STAS 7795-80 
szabályozza. Ez szerint a megengedett réztartalom a szennyvizekben 0.2 g/L és az ivóvízben 0.05 g/L [5].  
Jelen kutatás célja egy új, alternatív adszorción alapuló módszer kidolgozása, mely alkalmazható Cu io-
nok megkötésére vizes oldatokból. A javasolt technológiai eljárás az adszorpciós oszlop alkalmazásán alap-
szik, az adsorbens az immobilizált fenyőfűrészpor. 
 
2. ANYAG ÉS MÓDSZER 
2.1. Alkalmazott bioszorbens 
A bioszorbens az ezüstfenyő (Albies alba) fűrészpor, mely a bánffyhunyadi fafeldolgó üzemből szár-
mazik. A desztillált vízzel történő mosás után a fűrészport 24 órán át 105ºC-on szárítottuk. A megfelelő szem-
cseméret kiválasztása örléssel és szitálással történt (400-600 nm). Az adszorbens rögzítése gélbezárásos tech-
nikával történt, Na-alginát segítségével gélgyöngyöket formálva. A fűrészpor, Na-alginát és desztillált víz (1 g 
bioszorbens, 0,5 g nátrium-alginát, 30 mL desztillált víz) elegyéből gélt készítettünk, majd a gélt egy fecsken-
dő segítségével 0,2 M-os CaCl2-oldatba csepegtetve folytonos kevertetés (300 rpm) közben, 2,5 mm átmérőjű 
gyöngyöket kaptunk. A megszilárdult gyöngyök 24 órás pihentetés után alkalmasak a felhasználásra. Kutatá-
saink igazolták a fenyőfűrészpor alkalmazhatóságát Cd2+ ionok megkötésére is, vizes oldatokból [6]. 
 
    
 (a)  (b) 
1. ábra 
Fenyőfűrészporból előállított bioszorbens immobilizálás előtt (a) és után (b) 
 
2.2. Adszorpciós oszlop 
Az alkalmazott adszorpciós oszlop méretei: magasság 60 cm, belső átmérő 3,5 cm, töltet magasság 5 cm. 
Az oszlop töltete a Na-algináttal immobilizált bioszorbenssel történt. A kísérletek során különböző ho-
zammal és különböző kezdeti koncentrációjú szintetikus Cu2+ oldatokat használtunk. A távozó, tisztított víz 
hozamának megfelelően a szennyezett víz veszteségét pótoltuk úgy, hogy a töltet 200 mL térfogata azonos 
maradjon az állandó nyomás megtartásához. A szennyezett valamint a tisztított víz Cu ionok koncentrációját 
atomabszorpciós spektrofotométer (GBC, SensAA, Dual Ausztrália) segítségével mértük. 
 
 
 
Műszaki Szemle • 66 23 
 
2. ábra 
Az adszorpciós oszlop felépítése  
3. EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELES  
3.1. A szennyezett víz hozamának hatása az adszorpcióra 
Három különböző hozam hatását vizsgáltuk 2,5 mL/perc-es, 3,33 ml/perc és 5 ml/perc, ugyanazt a Cu2+ 
koncentrációt felhasználva. A Cu ionok koncentráció csökkenését hat órán keresztül követtük, a kapott ered-
ményeket az 1. táblázat szemlélteti. 
 
 
1. táblázat A hozamok által kapott értékek összehasonlítása 
 
Q
v
  
(mL/perc) 
h
töltet 
 
(cm) 
C
o
 
(mg/L) 
q
e
 
(mg/g) 
2,5 5 56 15,75 
3,33 5 56 18,23 
5 5 56 21,94 
 
 
Ahol:  
 Qv – az oszlopba bevezetett, rézzel szennyezett víz hozama (mL/perc)  
 htöltet – az oszlopban levő töltet magassága (cm)  
 Co – az oszlopba bevezetett, rézzel szennyezett víz kezdeti koncentrációja (mg/L)  
 qe - az egyensúlyi, abszorbeált mennyiség (mg/g)  
 E – az adszorpciós hatásfok (%)  
24 Műszaki Szemle • 66 
 
)/(= gmg
m
q
q ossze
 (1) 
Ahol: 
 
)(
1000
= ∫
=
0=
mgdtC
Q
q ad
tt
t
ossz
ossz
 (2) 
qössz –  az összes adszorbeált réz ion mennyisége (mg) 
 m – a használt adszorbens anyagmennyisége (g)  
 
A hozam növekedésével nő az áttörési görbe meredeksége. Kisebb térfogatáram esetében elegendő idő 
volt a Cu2+ ionok részecskén belüli diffúziójára a bioszorbens pórusain belül. A táblázat jól szemlélteti, hogy 
korai áttörés magasabb hozam esetében fordul elő. 
 
3.2. Kezdeti Cu ion koncentráció hatása az adszorpcióra 
A kezdeti nehézfém koncentráció az egyik legfontosabb paraméter az adszorpciót befolyásoló tényezők 
közül. Különböző koncentrációkon vizsgáltuk a Cu2+ ionok megkötését ugyanazon hozam, azonos 
bioszorbens mennyiség, azonos hőmérséklet és idő függvényében.  
 
 
2. táblázat A rögzített ágyas adszorpciós oszlop áttörési görbéinek paraméterei 
 
Co 
(mg/L) 
tr 
(min) 
Emax 
(%) 
Qe 
mg/g 
Qv 
(mL/min)
htöltelék 
(cm) 
150 150 48 15.01 5 5 
200 135 45,14 23,11 5 5 
290 95 40,54 41,18 5 5 
325 74 38,75 41,4 5 5 
360 60 33,75 50,52 5 5 
 
 
Az táblázatból megfigyelhető, hogy a kimerültségi idő csökken a kezdeti koncentráció növekedésével. 
Az oszlop egyensúlyi kapacitása (Qe) lecsökken, a beáramló koncentráció csökkenésével. Ez azzal magyaráz-
ható, hogy hosszabb idő szükséges az adszorpciós egyensúly eléréséig. A bejövő magas koncentráció sokkal 
hamarabb telíti a rostokat, így az áttörés megtörténik, még mielőtt az adszorbens minden kötőhelye telítődne. 
 
3.3. A technológiai eljárás folyamatábrája  
A fenyőfűrészport (1) és a mosóvizet (2) bevezetjük a mosóedénybe (3), majd szárítjuk (4), és megőröl-
jük (5). Az őrleményt a (8)-as keverő reaktorba vezetjük, ami a gél előállítására szolgál. Ebbe adagoljuk a 
nátrium-alginátot (6) és a vizet (7). A (10)-es reaktor az immobilizált bioszorbens előállítására szolgál. A re-
aktorba bevezetjük a 0,2 M-os CaCl2 vizes oldatot, amihez keverés közben adagoljuk az előállított gélt a (15)-
ös csapon keresztül. 
A (10)-es reaktor tartalmát leszűrjük a (11)-es szűrőn. A szűrletet a (28)-as csapon keresztül a (12)-es 
tartályba engedjük, ahonnan visszavezetjük az oszlopra. Az előállított bioszorbenssel töltött két adszorpciós 
oszlop a (13)-as és (14)-es. Az első (13) adszorpciós oszlopba vezetjük be a rézzel szennyzett vizes oldatot a 
(16)-os pumpával a (15)-ös tartályból. Az adszorpciós oszlopokon áthaladó víz réztartalmát a bioszorbens 
fokozatosan megköti. 
A tisztító reaktorokon átáramló víz réztartalmát a bioszorbens fokozatosan megköti, így a (18)-as szű-
rőn áthaladva a vizes oldatot átvezetjük a második adszorpciós oszlopon. A (19)-es szűrőn keresztül kivezet-
jük a tisztított vizet, majd a rézzel telített oszlopokból, savas oldattal lemossuk a Cu ionokat és egy új ciklus-
hoz előkészítjük az oszlopokat.  
Műszaki Szemle • 66 25 
 
 
3. ábra  
Technológiai folyamatábra az adszorpciós módszerre 
 
4. KÖVETKEZTETÉSEK  
A kutatás igazolja, hogy a fenyőfűrészporból immobilizált bioszorbens alkalmas a rézionok megkötésé-
re. Az eredményeink bizonyítják az adszorpciós oszlopos technológiai módszer alkalmazhatóságát. A techno-
lógia kidolgozásához megtörtént a paraméterek optimalizálása. 
 
IRODALOMI HIVATKOZÁSOK 
[1].  Fonyó, A., Principles of medical physiology, Medicina Publishing House Co., Budapest, 2002, ISBN: 963 242 
726 2. 
[2].  Hashim, M.A., Mukhopadhyay, S., Sahu, J.N., Sengupta, B., Remediation technologies for heavy metal 
contaminated groundwater. Journal of Environmental Management, 2011, 92, 2355-2388. 
[3].  Kurniawan, T.A., Chan, G.Y.S., Lo, W.H., Babel, S., Comparisons of low-cost adsorbents for treating 
wastewaters laden with heavy metals. Science of the Total Environment, 2006, 366, 409-426. 
[4].  ***Romanian Government decision, HG 188/2002 modified with HG 352/2005. 
[5].  Nagy, B., Maicaneanu, A., Indolean, C., Burca, S., Silaghi-Dumitrescu, Luminita, Majdik, C., Cadmium (II) ions 
removal from aqueous solutions using Romanian untreated fir tree sawdust – A green biosorbent, Acta Chimica 
Slovenica, 2013, 60, 263-273. 
 


Oszlopos adszorpciós eljárás kidolgozása a Cu2+ ionok megkötésére: The Development of new Adsorption Column Method  for the Removal of Cu2+ Ions from Aqueous Solutions / Elaborarea unei metode pentru eliminarea ionilor de Cu2+  utilizând o coloană de adsorpție

http://ojs.emt.ro/index.php/muszakiszemle/article/download/44/38/

Oszlopos adszorpciós eljárás kidolgozása a Cu2+ ionok megkötésére: The Development of new Adsorption Column Method for the Removal of Cu2+ Ions from Aqueous Solutions / Elaborarea unei metode pentru eliminarea ionilor de Cu2+ utilizând o coloană de adsorpție

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Műszaki Szemle (E-Journal)