Luận án tiến sĩ removal of copperii and leadii from soils by polyamidoamine dendrimers and reductive immobilization of chromiumvi by stabilized zero valent iron nanoparticles

Nghiên cứu về loại bỏ đồng II và chì II từ đất bằng dendrimer polyamidoamine và immobilization khử crom VI bằng nanoparticle sắt không hóa trị.

Trường đại học

Auburn University

Chuyên ngành

Civil Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

dissertation

2006

238
3
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

VITA

DISSERTATION ABSTRACT

ACKNOWLEDGEMENTS

Style manual or journal used — Auburn University manuals and guides for the preparation of theses and dissertations: Organizing the manuscript — publication format

1. CHƯƠNG 1: SOIL CONTAMINATION BY HEAVY METALS

1.1. Soil Contamination by Heavy Metals

1.2. Current Remediation Methods for Heavy Metal Contaminated Soils

1.3. Nano-Technology in Environmental Clean-up

1.3.1. Nanosorbents and nanocatalysts

1.3.2. Poly(amidoamine) PAMAM dendrimers

1.3.3. Zero-Valent Iron (ZVI) nanoparticles

1.4. Organization of This Dissertation

2. CHƯƠNG 2: REMOVAL OF COPPER FROM CONTAMINATED SOIL BY USE OF POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS

2.1. Materials and Procedures

2.2. Results and Discussion

2.2.1. Titration curves of dendrimers

2.2.2. Copper binding capacity of dendrimers

2.2.3. Copper sorption / desorption isotherms for the soil

2.2.4. Cu removal at various dendrimer concentrations

2.2.5. Effects of pH

2.2.6. Effects of terminal group type

2.2.7. Effects of dendrimer generation

2.2.8. Effects of ionic strength

2.2.9. Effect on copper speciation in soil

2.2.10. Recovery and reuse of spent dendrimers

3. CHƯƠNG 3: REMOVAL OF LEAD FROM CONTAMINATED SOILS USING POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS

3.1. Materials and Methods

3.2. Results and Discussion

3.2.1. Sorption and desorption of lead by soils

3.2.2. Lead removal at various dendrimer concentrations

3.2.3. Lead removal using dendrimers of different terminal functional groups

3.2.4. Effect of dendrimer generation

3.2.5. Effect of pH

3.2.6. Impact of dendrimer treatment on Pb speciation and leachability

3.2.7. Dendrimer retention by soil and recovery of spent dendrimers

3.3. Summary and Conclusions

4. CHƯƠNG 4: A REVISED ION EXCHANGE METHOD FOR ESTIMATION OF CONDITIONAL STABILITY CONSTANTS OF METAL-DENDRIMER COMPLEXES

4.1. Introduction

4.2. Materials and Methods

4.3. Results and Discussion

4.3.1. Metal sorption isotherms

4.3.2. Complexation of Cu with G1.0-NH2 at pH 5

4.3.3. Complexation of Cu with dendrimers of various generations

4.3.4. Complexation of Pb with G1

5. CHƯƠNG 5: MODELING THE ELUTION HISTORIES OF COPPER AND LEAD FROM A CONTAMINATED SOIL TREATED BY POLY(AMIDOAMINE) (PAMAM) DENDRIMERS

5.1. Introduction

5.2. Materials and Methods

5.3. Results and Discussion

5.3.1. Simulating Cu/Pb transport

5.3.2. Predicting the Cu/Pb elution histories

5.4. Summary and Conclusions

6. CHƯƠNG 6: REDUCTIVE IMMOBILIZATION OF CHROMATE IN WATER AND SOIL BY STABILIZED IRON NANOPARTICLES

6.1. Introduction

6.2. Materials and Methods

6.3. Results and Discussion

6.3.1. Reduction of Cr(VI) in water by Fe nanoparticles

6.3.2. Reduction of Cr(VI) sorbed in soil

6.3.3. Reductive immobilization of Cr(VI) in soil: column tests

7. CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS FOR FUTURE RESEARCH

7.1. Conclusions

7.2. Suggestions for Future Work

APPENDIX A: FORTRAN CODE FOR TRACER TEST

APPENDIX B: IMPLICIT METHOD FOR ONE-SITE MODEL

APPENDIX C: IMPLICIT METHOD FOR GAMMA-DISTRIBUTION MODEL

APPENDIX D: IMPLICIT METHOD FOR TWO-SITE MODEL

APPENDIX E: RUNGE-KUTTA METHOD FOR BATCH METAL RELEASE WITH TWO-SITE MODEL

LIST OF TABLES

LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Xử Lý Đồng Chì Chromium VI Trong Đất 55 ký tự

Nghiên cứu này tập trung vào xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất, đặc biệt là đồng (Cu), chì (Pb) và chromium (VI). Các kim loại nặng này có nguồn gốc từ nhiều hoạt động công nghiệp và nông nghiệp, gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Mặc dù một lượng nhỏ các kim loại nặng là cần thiết cho cơ thể người, nhưng khi vượt quá ngưỡng cho phép, chúng trở nên độc hại. Các nguồn ô nhiễm bao gồm khai thác mỏ, luyện kim, mạ điện, sản xuất sơn, sản xuất nhiên liệu và sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu. Đồng, chìchromium được liệt kê là các chất ô nhiễm ưu tiên bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA). Nghiên cứu này khám phá các phương pháp tiên tiến để loại bỏ và cố định các kim loại nặng này trong đất, nhằm giảm thiểu rủi ro cho môi trường và sức khỏe.

1.1. Ô nhiễm kim loại nặng Ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe

Ô nhiễm kim loại nặng là một vấn đề môi trường nghiêm trọng. Các kim loại nặng như đồng, chìchromium có thể tích tụ trong đất, nước và sinh vật, gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Tiếp xúc lâu dài với các kim loại này có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm tổn thương thần kinh, ung thư và các bệnh về gan và thận. Nguồn gốc của ô nhiễm kim loại nặng rất đa dạng, bao gồm các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và khai thác mỏ. Việc xử lý hiệu quả ô nhiễm kim loại nặng là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Các nguồn gốc chính gây ô nhiễm đồng chì và chromium

Nguồn gốc của ô nhiễm đồng, chìchromium rất đa dạng. Đồng có thể xâm nhập vào đất từ các hoạt động như khai thác mỏ, sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu, cũng như từ chất thải công nghiệp. Chì thường có mặt trong đất do khí thải từ đốt nhiên liệu hóa thạch, chất thải công nghiệp và sơn. Chromium có thể xuất hiện từ các hoạt động mạ điện, sản xuất da và các quy trình công nghiệp khác. Việc xác định nguồn gốc chính xác của ô nhiễm là rất quan trọng để triển khai các biện pháp xử lý hiệu quả.

II. Thách Thức Xử Lý Đồng Chì Chromium VI Trong Đất 57 ký tự

Việc xử lý ô nhiễm đồng, chìchromium(VI) trong đất đặt ra nhiều thách thức đáng kể. Các phương pháp xử lý truyền thống thường tốn kém, kém hiệu quả hoặc gây ra những tác động tiêu cực thứ cấp đến môi trường. Ví dụ, việc đào và vận chuyển đất bị ô nhiễm đến các bãi chôn lấp chỉ đơn thuần là di chuyển vấn đề từ nơi này sang nơi khác. Các phương pháp hóa học có thể gây ra ô nhiễm thứ cấp bằng cách giải phóng các hóa chất độc hại vào môi trường. Do đó, cần có các phương pháp xử lý sáng tạo, hiệu quả và thân thiện với môi trường để giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm kim loại nặng. Mục tiêu là loại bỏ hoặc cố định các kim loại nặng trong đất, giảm thiểu nguy cơ phát tán và bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

2.1. Hạn chế của các phương pháp xử lý kim loại nặng truyền thống

Các phương pháp xử lý kim loại nặng truyền thống, như đào và chôn lấp, có nhiều hạn chế. Chúng thường tốn kém, chỉ đơn thuần là di chuyển ô nhiễm đến một địa điểm khác, và không giải quyết triệt để vấn đề. Các phương pháp hóa học có thể gây ra ô nhiễm thứ cấp do sử dụng hóa chất độc hại. Phương pháp cô lập, ổn định hóa, và rửa đất gặp nhiều khó khăn trong việc áp dụng rộng rãi do chi phí cao và hiệu quả hạn chế. Do đó, việc phát triển các phương pháp xử lý mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường là rất cần thiết.

2.2. Yêu cầu về công nghệ xử lý hiệu quả và bền vững

Công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại nặng hiệu quả và bền vững cần đáp ứng nhiều tiêu chí quan trọng. Chúng phải có khả năng loại bỏ hoặc cố định các kim loại nặng một cách hiệu quả, giảm thiểu nguy cơ phát tán và bảo vệ môi trường. Công nghệ cũng cần phải kinh tế, dễ triển khai và có tác động tối thiểu đến hệ sinh thái đất. Việc sử dụng các vật liệu tái chế hoặc có nguồn gốc tự nhiên có thể giúp giảm thiểu tác động môi trường và chi phí xử lý. Tính bền vững là yếu tố then chốt trong việc lựa chọn công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại nặng.

2.3. Khó khăn trong việc xử lý chromium VI so với đồng và chì

Chromium(VI) đặt ra những thách thức đặc biệt trong quá trình xử lý so với đồngchì. Chromium(VI) có tính di động cao hơn trong môi trường và có thể dễ dàng lan rộng trong nước ngầm, gây ô nhiễm trên diện rộng. Khử chromium(VI) thành chromium(III) là một quá trình cần thiết để giảm độc tính và khả năng di chuyển của nó. Tuy nhiên, quá trình này có thể phức tạp và đòi hỏi các chất khử mạnh mẽ và điều kiện phản ứng thích hợp. Ngoài ra, chromium(III) có thể tạo thành các hợp chất phức tạp với các thành phần đất, làm cho việc loại bỏ hoàn toàn chromium(VI) trở nên khó khăn hơn.

III. Giải Pháp Dendrimers Poly Amidoamine Sắt ZVI 59 ký tự

Nghiên cứu này khám phá việc sử dụng dendrimers poly(amidoamine) (PAMAM) kết hợp với hạt nano sắt không hóa trị (ZVI) ổn định để xử lý ô nhiễm đồng, chìchromium(VI) trong đất. Dendrimers PAMAM là các polyme có cấu trúc phân nhánh, có khả năng liên kết và loại bỏ kim loại nặng khỏi đất. Hạt nano ZVI có thể khử chromium(VI) thành chromium(III), một dạng ít độc hại và ít di động hơn. Việc kết hợp hai phương pháp này có thể mang lại một giải pháp hiệu quả và bền vững để xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các dendrimer PAMAM khác nhau và hạt nano ZVI ổn định trong việc loại bỏ đồngchì, cũng như khử và cố định chromium(VI) trong các loại đất khác nhau.

3.1. Dendrimers PAMAM Cơ chế loại bỏ đồng và chì khỏi đất

Dendrimers PAMAM là các polyme có cấu trúc phân nhánh ba chiều, có khả năng liên kết và loại bỏ kim loại nặng khỏi đất thông qua cơ chế tạo phức. Các nhóm chức năng trên bề mặt dendrimer có thể tương tác với các ion kim loại, tạo thành các phức bền vững. Các phức này sau đó có thể được loại bỏ khỏi đất thông qua quá trình rửa đất hoặc chiết xuất. Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả của các dendrimers PAMAM khác nhau với các nhóm chức năng khác nhau trong việc loại bỏ đồngchì khỏi các loại đất khác nhau. "It was found that more than 90% of the preloaded copper (II) was removed by ~66-bed volumes a dendrimer solution containing 0.5 dendrimer with -COOH terminal groups and at pH 6." (Xu, 2006)

3.2. Hạt nano sắt không hóa trị ZVI Khử chromium VI hiệu quả

Hạt nano sắt không hóa trị (ZVI) là một vật liệu hiệu quả để khử chromium(VI) thành chromium(III). ZVI cung cấp các electron để khử chromium(VI), chuyển đổi nó thành dạng ít độc hại và ít di động hơn. Tuy nhiên, hạt nano ZVI dễ bị oxy hóa và kết tụ, làm giảm hiệu quả của chúng. Do đó, cần có các phương pháp ổn định hạt nano ZVI để tăng cường hiệu quả và độ bền của chúng trong môi trường đất. Việc sử dụng các polyme hoặc các vật liệu khác để ổn định hạt nano ZVI có thể giúp ngăn chặn sự kết tụ và tăng cường khả năng khử chromium(VI). "Batch and column experimental results revealed that the ZVI nanoparticles could effectively reduce Cr(V]) to Cr(II]), and reduce the Cr leachability by ~90%." (Xu, 2006)

3.3. Ổn định hạt nano ZVI bằng sodium carboxymethyl cellulose CMC

Nghiên cứu sử dụng sodium carboxymethyl cellulose (CMC) làm chất ổn định cho hạt nano ZVI. CMC là một polyme tự nhiên, có khả năng tạo ra lớp phủ bảo vệ xung quanh các hạt nano ZVI, ngăn chặn sự kết tụ và oxy hóa. CMC cũng có thể cải thiện khả năng phân tán của hạt nano ZVI trong đất, tăng cường tiếp xúc giữa ZVI và chromium(VI). Hiệu quả của CMC trong việc ổn định hạt nano ZVI và tăng cường khả năng khử chromium(VI) đã được đánh giá trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và cột thí nghiệm.

IV. Nghiên Cứu Hiệu Quả Loại Bỏ Đồng Chì Bằng Dendrimers 58 ký tự

Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá hiệu quả của dendrimers PAMAM trong việc loại bỏ đồngchì khỏi các loại đất khác nhau. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như loại dendrimer, nồng độ dendrimer, pH và loại đất đến hiệu quả loại bỏ kim loại. Kết quả cho thấy rằng dendrimers PAMAM có khả năng loại bỏ đáng kể đồngchì khỏi đất, với hiệu quả phụ thuộc vào các điều kiện thí nghiệm. Nghiên cứu cũng khám phá khả năng tái sử dụng dendrimers sau khi loại bỏ kim loại, nhằm giảm chi phí và tác động môi trường của quá trình xử lý.

4.1. Ảnh hưởng của loại dendrimer và nồng độ đến hiệu quả loại bỏ

Loại dendrimer và nồng độ dendrimer là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ đồngchì. Dendrimers với các nhóm chức năng khác nhau có ái lực khác nhau đối với các kim loại nặng, do đó ảnh hưởng đến khả năng liên kết và loại bỏ chúng. Nồng độ dendrimer cũng ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ, với nồng độ cao hơn thường dẫn đến hiệu quả cao hơn, nhưng cũng có thể làm tăng chi phí xử lý. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các dendrimers PAMAM khác nhau với các nồng độ khác nhau trong việc loại bỏ đồngchì khỏi đất.

4.2. Vai trò của pH đất trong quá trình loại bỏ đồng và chì

pH của đất là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ đồngchì. pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của đất và dendrimers, cũng như trạng thái ion hóa của các kim loại nặng. pH tối ưu cho việc loại bỏ đồngchì có thể khác nhau tùy thuộc vào loại dendrimer và loại đất. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của pH đến hiệu quả loại bỏ đồngchì bằng dendrimers PAMAM.

4.3. Tái sử dụng dendrimers Tính kinh tế và bền vững

Việc tái sử dụng dendrimers sau khi loại bỏ kim loại là một yếu tố quan trọng để giảm chi phí và tác động môi trường của quá trình xử lý. Dendrimers có thể được thu hồi và tái sinh bằng cách sử dụng các phương pháp như lọc nano hoặc trao đổi ion. Tuy nhiên, quá trình tái sinh có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của dendrimers, do đó cần phải tối ưu hóa các điều kiện tái sinh để duy trì hiệu quả loại bỏ kim loại. Nghiên cứu đánh giá khả năng tái sử dụng dendrimers PAMAM sau khi loại bỏ đồngchì.

V. Ứng Dụng Xử Lý Đất Ô Nhiễm Thực Tế Bằng Công Nghệ 53 ký tự

Nghiên cứu cũng xem xét ứng dụng thực tế của công nghệ dendrimers PAMAM và hạt nano ZVI để xử lý đất ô nhiễm trong điều kiện thực tế. Các thí nghiệm cột được thực hiện để mô phỏng quá trình xử lý đất ô nhiễm bằng cách sử dụng các dung dịch dendrimer và hạt nano ZVI. Kết quả cho thấy rằng công nghệ này có tiềm năng để xử lý đất ô nhiễm trong điều kiện thực tế, nhưng cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa các điều kiện xử lý và đánh giá tác động dài hạn đến môi trường.

5.1. Thí nghiệm cột Mô phỏng quá trình xử lý đất ô nhiễm

Thí nghiệm cột là một phương pháp hữu ích để mô phỏng quá trình xử lý đất ô nhiễm trong điều kiện thực tế. Trong thí nghiệm cột, đất ô nhiễm được đóng gói trong một cột và dung dịch dendrimer hoặc hạt nano ZVI được bơm qua cột. Nồng độ kim loại trong dung dịch chảy ra khỏi cột được đo để đánh giá hiệu quả loại bỏ kim loại. Thí nghiệm cột có thể cung cấp thông tin về động học của quá trình loại bỏ kim loại, khả năng giữ lại dendrimers và hạt nano ZVI trong đất, và tác động của các yếu tố môi trường đến hiệu quả xử lý.

5.2. Đánh giá tác động của công nghệ đến môi trường đất

Việc đánh giá tác động của công nghệ dendrimers PAMAM và hạt nano ZVI đến môi trường đất là rất quan trọng. Công nghệ này có thể ảnh hưởng đến các tính chất hóa học, vật lý và sinh học của đất, cũng như đến sự phát triển của thực vật. Cần có các nghiên cứu dài hạn để đánh giá tác động của công nghệ này đến hệ sinh thái đất và đảm bảo rằng nó không gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường. "An innovative in situ technology for reductive immobilization of Cr(VI) was tested." (Xu, 2006)

VI. Kết Luận Triển Vọng Xử Lý Ô Nhiễm Kim Loại 51 ký tự

Nghiên cứu này chứng minh tiềm năng của dendrimers PAMAM và hạt nano ZVI để xử lý ô nhiễm đồng, chìchromium(VI) trong đất. Công nghệ này có thể mang lại một giải pháp hiệu quả và bền vững để giảm thiểu rủi ro cho môi trường và sức khỏe con người. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa các điều kiện xử lý, đánh giá tác động dài hạn đến môi trường và phát triển các phương pháp sản xuất dendrimers và hạt nano ZVI với chi phí thấp hơn. Việc kết hợp công nghệ này với các phương pháp xử lý khác cũng có thể mang lại hiệu quả cao hơn.

6.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo Tối ưu hóa và mở rộng ứng dụng

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện xử lý, đánh giá hiệu quả của công nghệ này trong các loại đất khác nhau, và phát triển các phương pháp sản xuất dendrimers và hạt nano ZVI với chi phí thấp hơn. Việc nghiên cứu về tác động dài hạn của công nghệ này đến môi trường và sức khỏe con người cũng rất quan trọng. Ngoài ra, việc khám phá khả năng kết hợp công nghệ này với các phương pháp xử lý khác, như phytoremediation hoặc bioremediation, có thể mang lại hiệu quả cao hơn.

6.2. Tiềm năng thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi công nghệ

Công nghệ dendrimers PAMAM và hạt nano ZVI có tiềm năng thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý đất ô nhiễm. Việc phát triển các quy trình sản xuất dendrimers và hạt nano ZVI với chi phí thấp hơn và dễ dàng triển khai hơn sẽ giúp tăng cường khả năng tiếp cận và ứng dụng của công nghệ này. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà hoạch định chính sách và các doanh nghiệp có thể giúp đẩy nhanh quá trình thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong thực tế.

27/05/2025
Luận án tiến sĩ removal of copperii and leadii from soils by polyamidoamine dendrimers and reductive immobilization of chromiumvi by stabilized zero valent iron nanoparticles

Trích đoạn nội dung tài liệu

REMOVAL OF COPPER(T) AND LEAD(II) FROM SOILS BY POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS AND REDUCTIVE IMMOBILIZATION OF CHROMIUM(VI) BY STABILIZED ZERO-VALENT IRON NANOPARTICLES Except where reference is made to the work of others, the work described in this dissertation is my own or was done in the collaboration with my advisory committee. This dissertation does not include proprietary or classified information. Yinhui Xu Certificate of approval: Mark O. Barnett Dongye Zhao, Chair Associate Professor Associate Professor Civil Engineering Civil Engineering T.

Prabhakar Clement Zhongyang Cheng Associate Professor Assistant Professor Civil Engineering Materials Engineering Jacob H. McFarland Professor Acting Dean Agronomy and Soils Graduate School REMOVAL OF COPPER(T) AND LEAD(D FROM SOILS BY POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS AND REDUCTIVE IMMOBILIZATION OF CHROMIUM(VD BY STABILIZED ZERO-VALENT IRON NANOPARTICLES Yinhui Xu A Dissertation Submitted to the Graduate Faculty of Auburn University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy Auburn, Alabama August 7, 2006 UMI Number: 3225299 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted.

Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3225299 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.

ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 REMOVAL OF COPPER(T) AND LEAD(D FROM SOILS BY POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS AND REDUCTIVE IMMOBILIZATION OF CHROMIUM(VD BY STABILIZED ZERO-VALENT IRON NANOPARTICLES Yinhui Xu Permission is granted to Auburn University to make copies of this thesis at its discretion, upon request of individuals or institutions and at their expense. The author reserves all publication rights. Signature of Author Date of Graduation iii VITA Yinhui (Lucida) Xu, daughter of Jinsong Xu and Chuanfeng Yao, was born in the city of Tai-An, Shandong, China.

and an MLS. in Environmental Engineering in 1999 and 2002, respectively, both from Donghua University in Shanghai, China. After a brief seven months of employment with the DuPont Fibers Ltd. In Shanghai, she ventured to cross the Ocean to pursue her Ph.

degree at Auburn University in Fall 2002. During the four years stay at Auburn, She feels so blessed and fortunate to have harvested a great deal both personally and academically. She was married to Baojian Guo in 2003, and then became the happiest Mom of their lovely daughter Lucy Y. Guo a year later.

She produced five papers in prominent journals such as ES&T, JEE, I&EC Res., and Water Res., and three publications/presentations at various national/international conferences. She feels humbled and honored to be selected as a recipient of five eminent awards including the CH2M HILL Fellowship Award (2004), AWEA Outstanding Graduate Student Scholarship Award (2006), AWWA AL- MS Outstanding Graduate Student Scholarship Award (2006), AU Outstanding International Student Award (2006), and ACS Geochemistry Symposium’s Outstanding Student Paper Award (2006). iv DISSERTATION ABSTRACT REMOVAL OF COPPER(I) AND LEAD(IT) FROM SOILS BY POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS AND REDUCTIVE IMMOBILIZATION OF CHROMIUM(VI) BY STABILIZED ZERO-V ALENT IRON NANOPARTICLES Yinhui Xu Doctor of Philosophy, August 7, 2006 (M. Donghua University, China, 2002) (B.

Donghua University, China, 1999) 237 Typed Pages Directed by Dongye Zhao This research investigated the feasibility of using poly(amidoamine) PAMAM dendrimers for removal of copper(II) and lead(1I) from soils, and using a new class of stabilized zero-valent iron (ZVI) nanoparticles for reductive immobilization of chromium (VI) in contaminated soils. PAMAM dendrimers ranging from generation (G) 1.5 and with —NH;, -COO, and -OH terminal groups were tested for extraction of copper(II) and lead(II) from a sandy loam soil, a clay soil, and a sandy clay loam. A series of fixed- bed column experiments were conducted to study the effects of dendrimer dosage, generation number, functional groups, pH, ionic strength, and soil type on the removal efficiency. It was found that more than 90% of the preloaded copper (II) was removed by ~66-bed volumes a dendrimer solution containing 0.5 dendrimer with -COOH terminal groups and at pH 6.

Approximately 92% of the initially sorbed lead (II) was removed by ~ 120 bed volumes containing 0.5 dendrimer with -COONa terminal groups at pH 4. The spent dendrimers were recovered through nanofiltration and then regenerated with 2 N hydrochloric acid. The recovered dendrimers were then reused and showed comparable metal removal effectiveness to that of fresh dendrimers. An ion-exchange based approach was developed to determine the apparent stability constants of the CudI)- or Pbd])-dendrimer complexes.

The method was derived by modifying the traditional Schubert ion exchange method, but offered a number of advantages, including the application of a non-linear reference isotherm and extension of the classical approach from mono-nuclear to poly-nuclear complexes. To simulate the dynamic metal removal process by dendrimers, a two-site model was formulated. The model envisions the soil sorption sites as two distinguished fractions: one with a fast desorption rate and the other with a slow desorption rate. The model was able to not only simulate the elution histories of lead and copper by various dendrimers, but also prove promising to predict the metal elution histories under various conditions such as initial metal concentration in soil, dendrimer dosage, and solution pH.

An innovative in situ technology for reductive immobilization of Cr(VI) was tested. A new class of stabilized zero-valent iron (ZVI) nanoparticles was prepared using sodium carboxymethyl cellulose (CMC) as a stabilizer. Batch and column experimental results revealed that the ZVI nanoparticles could effectively reduce Cr(V]) to Cr(II]), and reduce the Cr leachability by ~90%. vl ACKNOWLEDGEMENTS I would like to express my sincere appreciation to my advisor, Dr.

Dongye Zhao, for his supervision, guidance, support, and patience throughout my Ph. The experience of working with him over the last four years in Auburn leaves me wonderful memories to appreciate for the rest of my life. I want to thank my committee members, Dr. Cheng, and Dr.

Dane, and my dissertation outside reader Dr. Yucheng Feng for providing unconditional support and valuable suggestions during the studies. I feel fortunate that I met them and had a chance to work with them. I would also like to express my love and gratitude to my husband for his endurance, infinite support, and loving care.

I wish to thank my daughter for bringing me happiness and joy in the last one and half years. Finally, I wish to thank my parents and other family members for their support. It is their constant encouragement that made this dissertation possible. vii Style manual or journal used — Auburn University manuals and guides for the preparation of theses and dissertations: Organizing the manuscript — publication format Computer software used Microsoft Word & Excel 2002; EndNote 8.0; and Compaq Visual Fortran 6.

Vili TABLE OF CONTENTS LIST OF TABLES. HH TH TH HH ĐH HH nhủ XIV LIST OF FIGUREES. HT TH HH TH HH nhủ XVI CHAPTER 1. SG HS HH ng Hy 1 1.1 Soil Contamination by Heavy MetalÌS.

LH TH TH kg vu 1 1.2 Current Remediation Methods for Heavy Metal Contaminated SolÏs.1 Isolation, containment, solidification, and stabilization. SH TT TH TH nọ nh ng ng kh 4 1.5 Soil flushing and soil Washing .ccc vn v vn ng vê 4 1.3 Nano-Technology in Environmental Clean-up .cc c1 S2 vs vs vệ 5 1.1 Nanosorbents and nanocafaÏySfS.ccc cv ng ng yên 6 1.2 Poly(amidoamine) PAMAM dendr1ers.3 Zero-Valent Iron (ZVI) nanoparticles .5 Organization of This Dissertation. REMOVAL OF COPPER FROM CONTAMINATED SOIL BY USE OF POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS.2 Materials and ProcedUF€S.-- -L Lcc HH SH ng TK TK ky 17 2.3 Results and [DIS€USSIOTI. TH HH HH nh 25 2.1 Titration curves of denir1I€TS.2 Copper ii) (à 0c oi o0 5PIIada.3 Copper binding capacity of dendr1YS.4 Copper sorption / desorption isotherms for the SOIÏ.5 Cu removal at various dendrimer concenTafIOTIS.6 Effects Of PH oo.7 Effects of terminal group type.8 Effects of dendrimer Øø€n€rafIOn.c ng HH khu44 2.9 Effects of ionic strength.10 Effect on copper speciation in SOIÏ .11 Recovery and reuse of spent dendr1me€rS.

REMOVAL OF LEAD FROM CONTAMINATED SOILS USING POLY(AMIDOAMINE) DENDRIMERS. L2 SH vn n1 1k rệt 52 3. c1 HT KH ket 52 3.2 Materials and Mletho.c- nL SH TT TH ng KT kg 56 3.3 Results and Discussion na.1 Sorption and desorption of lead by SOIÌS.2 Lead removal at various dendrimer concentrations .3 Lead removal using dendrimers of different terminal functional groups.4 Effect of dendrimer Ø€r€r8fiOII. cv v1 vn ng vn 73 3.5 Effect Of PH.6 Impact of dendrimer treatment on Pb”” speciation and leachability .7 Dendrimer retention by soil and recovery of spent dendrimers.4 Summary and Con€ÏUSIO'S.

cv HH TS ng HH ng và 85 CHAPTER 4. A REVISED ION EXCHANGE METHOD FOR ESTIMATION OFCONDITIONAL STABILITY CONSTANTS OF METAL-DENDRIMER COMPLEXES. LH TH TH TH HT Ki HH TH kg 87 4. TH TH HH nọ KT nọ TT nh 87 4.2 Materials and \MethOdS.

-- c2 SH TH HH TH kh 91 4. - - c1 TH TH ki nọ TH TH nh 96 4.3 Results and [DIS€USSIOT. HH TH HH HH kh 99 4. LG HH TH HH ng 99 4.2 Metal sorption isotherMs .-- 111112 111kg sgk như 101 4.3 Complexation of Cu** with G1.0-NH: at pH 5.4 Complexation of Cu”” with dendrimers of various generations .5 Complexation of Pb”” with G1.

MODELING THE ELUTION HISTORIES OF COPPER AND LEAD FROM A CONTAMINATED SOIL TREATED BY POLY(AMIDOAMINE) (PAMAM) DENDRIMERS.-Q LH ng TH ng kg kh 114 Š. c0 1n ng ng HHKH ket 114 S V80 ïnnưatiitỔ. ng ng KH TH TH kệ 117 V802 2n) nen aảj4.- -- - c1 112 vn TT ng 120 5.4 Results and ]DDISCUSSIOTI.- Ặ- Ăn TH TH TH KH ng kg 125 5.1 Simulating Cu7*/Pb”* tranSpOT.2 Predicting the Cu””/Pbf” elution histories.5 Summary and Con€ÏUSIOTS. <1 ng TK HT gà 142 CHAPTER 6.

REDUCTIVE IMMOBILIZATION OF CHROMATE IN WATER AND SOIL BY STABILIZED TRON NANOPARTICLES. LH TH nu TH HH KH ng vp 144 6.2 Materials and IMetho. co TH TH HH HH kh 147 6.3 Results and DISCUSSIOTI. Q1 TH HH nọ ng 151 6.1 Reduction of Cr(VI) in water by Fe nanoparticles.2 Reduction of Cr(VI) sorbed in SOIÏ.3 Reductive immobilization of Cr(V]) in soil: column tests.

CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS FOR FUTURE RESEARCH 10117 .2 Suggestions for Future WOTĂK. L1 vn 111g 1v kg tk ng ven 170 ;ì351›45) 9077 .:‹+%E 173 APPENDIX A FORTRAN CODE FOR TRACER TEST. c7 2c ccScsssersseves 201 APPENDIX B IMPLICIT METHOD FOR ONE-SITE MODEL.‹+5s5< +52 203 Xii APPENDIX C IMPLICIT METHOD FOR GAMMA-DISTRIBUTION MODEL. 207 APPENDIX D IMPLICIT METHOD FOR TWO-SITE MODEL.

eee 211 APPENDIX E RUNGE-KUTTA METHOD FOR BATCH METAL RELEASE WITH TWO-SITE MODEÌL. 7 011221111 vn ng KT kg 215 Xili LIST OF TABLES Table 2-1. Salient Properties of Dendrimers Used in the Copper Removal Study. Compositions of a Loamy Sand Soil Used in Copper Removal Study.

Reagents and Conditions Used in the Sequential Extraction. Copper Distribution between a Chelating lon Exchange Resin (DOW 3N) and Water with or without Dendrimer,. Best-fitted Langmuir Model Parameters and R° Values for the Three Dendrimers and a Loamy Sand Soil. Copper Removal and Effluent pH under Various Experimental Conditions.

Copper Speciation in Original and Dendrimer-Treated So1Ï. Salient Properties of Dendrimers Used for Lead Removal. Major Compositions of Soils Used for Lead Removal. Best-Fitted Freundlich Model Parameters and Rˆ Values for the Two Soils.

Lead Removal and Effluent pH Following Various Treatments of Three SOUS. Recovery of Spent Dendrimers and Pb’” in the Spent Dendrimer Eluent. Salient Properties of Dendrimers Used in the Lead Removal Study. Important Properties of the lon Exchange ReSINS.

Percentage of Dendrimer Loss from the Aqueous Phase under Various Conditions (data given as mean of duplicates + standard deviation).

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu "Xử Lý Đồng và Chì Trong Đất Bằng Dendrimers Poly(Amidoamine) và Sắt Không Hóa Trị Để Khử Chromium(VI)" trình bày một phương pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất, đặc biệt là đồng và chì, thông qua việc sử dụng dendrimers poly(amidoamine) kết hợp với sắt không hóa trị. Phương pháp này không chỉ giúp loại bỏ các kim loại độc hại mà còn giảm thiểu sự hiện diện của chromium(VI), một chất gây ô nhiễm nghiêm trọng. Tài liệu mang lại cái nhìn sâu sắc về công nghệ xử lý môi trường, đồng thời mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường.

Để tìm hiểu thêm về các nghiên cứu liên quan, bạn có thể tham khảo Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quá trình đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên axit humic và thăm dò khả năng hấp phụ cd2 pb2 của sản phẩm, nơi khám phá khả năng hấp phụ của các vật liệu mới trong xử lý ô nhiễm. Ngoài ra, Luận văn nghiên cứu xử lý cadimi trong đất sau khai thác khoáng sản của mỏ chì kẽm làng hích bằng than sinh học cũng cung cấp thông tin quý giá về các phương pháp xử lý kim loại nặng khác. Cuối cùng, bạn có thể tham khảo Luận án tiến sĩ nghiên cứu biến tính bùn đỏ tân rai làm vật liệu xử lý một số kim loại nặng và anion độc hại trong môi trường nước để mở rộng kiến thức về vật liệu xử lý ô nhiễm trong nước. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về các giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường.