101

NauNauNauNauččččnininini radradradrad UDKUDKUDKUDK 628.193628.193628.193628.193 :::: 546.19546.19546.19546.19 ==== 163.41163.41163.41163.41

UKLANJANJEUKLANJANJEUKLANJANJEUKLANJANJE ARSENA(V)ARSENA(V)ARSENA(V)ARSENA(V) IZIZIZIZ VODEVODEVODEVODEMIKROLEGIRANIMMIKROLEGIRANIMMIKROLEGIRANIMMIKROLEGIRANIMALUMINIJUMOMALUMINIJUMOMALUMINIJUMOMALUMINIJUMOM IIII MIKROLEGIRANIMMIKROLEGIRANIMMIKROLEGIRANIMMIKROLEGIRANIM IIII HEMIJSKO-TERMIHEMIJSKO-TERMIHEMIJSKO-TERMIHEMIJSKO-TERMIČČČČKIKIKIKI

OBRAOBRAOBRAOBRAĐĐĐĐENIMENIMENIMENIMKVARCNIMKVARCNIMKVARCNIMKVARCNIM PESKOMPESKOMPESKOMPESKOM

MilovanMilovanMilovanMilovan PurenoviPurenoviPurenoviPurenovićććć,,,, MarjanMarjanMarjanMarjan RanRanRanRanđđđđelovielovielovieloviććććPrirodno-matematički fakultet, Odsek za hemiju, Katedra za industrijsku i primenjenu

hemiju, Niš, Srbija

Predmet i cilj ovog rada su uklanjanje arsena(V) iz sintetičke vode koja jesadržala 155,94 µ gdm-3 arsena, korišćenjem novih nanomaterijala (mikrolegiranogaluminijuma i mikrolegiranog hemijsko-termički obrađenog kvarcnog peska).Primenjen je potpuno nov postupak koji se zasniva na elektrohemijskoj redukciji jonaarsena(V) do elementarnog oblika (As ° ) i njegovoj adsorpciji na površiniupotrebljenog nanomaterijala. Cilj i predmet ovog rada je realizovan tako što je izvršentretman sintetičke vode koja je sadržala so arsena(V) (Na2HasO4 ⋅ 7 H2O), tako što jeista voda tretirana mikrolegiranim aluminijumom i mikrolegiranim i hemijsko-termičkiobrađenim peskom za vreme trajanja od 25 min. Nakon izvršenog tretmana vršeno jeodređivanje arsena(V) u vodi pomoću atomske apsorpcione spektrofotometrije (AAS),a čvrsta faza materijala je ispitivana IR spektroskopijom, SEM (Scanning ElectronMicroscopy) i EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) analizom. Analiza čvrste faze jevršena da bi se ispitale promene do kojih je došlo usled adsorpcije elementarnog arsena.Rezultati pokazuju da je koncentracija arsena posle tretmana smanjena ispod 10 µgdm-

3.Na osnovu ovih rezultata mogu se ustanoviti procesni parametri i projektovati

nova tehnologija prečišćavanja voda.Ključne reči: Uklanjanje arsena, nanomaterijali, mikrolegirani aluminijum,

mikrolegirani i hemijskotermički modifikovani kvarcni pesak, sintetička voda.

UVOD

Voda je supstanca koja je neophodna za život. Čovek je svakodnevno unosi usvoj organizam i zato je neophodno da ona bude hemijski i biološki ispravna.1 Svojomdelatnošću, načinom života i nedovoljno pažljivim odnosom prema njenim resursimaljudi svakodnevno zagađuju vodu i time ugrožavaju svoj opstanak. Zahvaljujućiprirodnim ciklusima i kruženju vode u prirodi ona se može samoprečišćavati, međutim,industrijska revolucija, sve veći tehološki napredak uslovili su veće zagađenje vode, paje u velikoj meri poremećen proces samoprečišćavanja. Zato treba raditi na uvođenjutehnologija bez otpadaka, ili tehnologije čiji se otpadak može nesmetano koristiti kao i

1 Odrastao čovek popije dnevno oko 2l vode.

102

na iznalaženju novih i što efikasnijih postupaka za prečišćavanje otpadnih voda. Uovom radu su opisane novi postupci za efikasno ukanjanje arsena(V) iz vode.

Nalaženje alternativnog izvora vode za piće je ponekad neizvodljivo ili previšeskupo, pa je u tom slučaju najbolje rešenje ukloniti arsen iz vode nekim pogodnimpostupkom.

Postoji veliki broj postupaka za uklanjanje arsena [1]:� precipitacioni procesi (koagulacija/filtracija, gvožđe/mangan oksidacija,

koagulacija potpomognuta mikrofiltracijom, poboljšana koagulacija,omekšavanje krečom);

� adsorpcioni procesi na aktiviranom aluminijum oksidu – glinici;� jonska izmena, uglavnom anjonska izmena;� membranski procesi, koji uključuju postupke (mikro, ultra i nano filtraciju,

reversnu osmozu, reversnu elektorodijalizu);� alternativne tehnologije (pesak presvučen gvožđe oksidom, sumporom

modifikovano gvožđe, granulisani gvožđe hidroksid, opiljci gvožđa, foto-oksidacija.Problemi uklanjanja arsena postojećim tehnologijama su nastali u trenutku kada

je došlo do promene maksimalno dozvoljene koncentracije (MDK) za arsen sa 50µgdm-3 na 10 µgdm-3 [2]. Ovu promenu su izvršile dve ovlašćene organizacije. Najpreje to učinila Svetska zdravstvena organizacija, WHO (World Health Organization) još1993. god. a u Januaru 2001. god. to je učinila i Američka agencija za zaštitu životnesredine EPA (Environmental Protection Agency). Osnovni problem je uklanjanjearsena pri njegovom prisustvu u veoma razblaženim koncentracijama kada je nužno dajoni arsena stupe u interakciju sa odgovarajućim procesnim materijama; bilo da se radio adsorpcionim procesima, bilo da je reč o redoks procesima ili o raznim varijantamafiltracionih procesa na odgovarajućim membranama. Velike teškoće čineneuravnoteženi odnosi između As(III), As(V), čestičnog arsena i arsena vezanog zaorgansku fazu. Zato su predmet i cilj ovog rada uklanjanje arsena(V) iz sintetičke vode,koja je sadržala 155,94 µgdm-3 arsena do koncentracije ispod 10 µgdm-3, korišćenjemnovih nanomaterijala (mikrolegiranog aluminijuma i mikrolegiranog hemijsko-termičkiobrađenog kvarcnog peska), napravljenih po ideji i postupku dr Milovana Purenovića.

U ovom radu je primenjen potpuno nov postupak, koji se zasniva naelektrohemijskoj redukciji jona arsena(V) do elementarnog oblika (As ° ) i njegovojadsorpciji na površini upotrebljenog nanomaterijala. Cilj i predmet ovog rada jerealizovan tako što je, uz pomoć novih tehnologija, izvršen tretman sintetičke vodekoja je sadržala so arsena(V) (Na2HasO4 ⋅ 7 H2O), tako što je ista voda tretirana zavreme trajanja od 25 min. Ispitivano je ponašanje svakog nanomaterijala ponaosob, ujednom slučaju samo sa granulama mikrolegiranog aluminijuma, a u drugommikrolegiranim HTO-kvarcnim peskom u praškastom stanju, koji je dispergovan uvodi. Nakon izvršenog tretmana, vršeno je određivanje arsena(V) u vodi pomoćuatomske apsorpcione spektrofotometrije (AAS), a čvrsta faza materijala je ispitivanaIR spektroskopijom, SEM (Scanning Electron Microscopy) i EDS (Energy DispersiveSpectroscopy) analizom. Analiza čvrste faze je vršena da bi se ispitale promene dokojih je došlo usled adsorpcije elementarnog arsena.

103

Rezultati ovih ispitivanja su pokazali različite vrednosti koncentracija arsena usintetičkoj vodi. Koncentrcija arsena u sintetičkoj vodi posle tretmana granulisanimmikrolegiranim aluminijumom iznosila je 48,95 µgdm-3, dok je tretman te iste vode samikrolegiranim hemijsko-termički obrađenim peskom (u daljem tekstu HTO-pesak)spustio koncenraciju arsena na 5,87 µ gdm-3. Dobijeni rezultati su prikazani u viduodgovarajućih tabela, histograma i slika.

Odgovarajućim prikazom i analizom rezultata, izvršena je diskusija i izvedeni suzaključci teorijskog i praktičnog karaktera. Važno je istaći da su ovi novinanomaterijali pokažali traženu efikasnost u uklanjanju arsena iz vode. Na osnovu ovihrezultata mogu se ustanoviti procesni parametri i projektovati nova tehnologijaprečišćavanja voda.

EKSPERIMENTALNI DEO

Eksperimentalni deo ovog rada je rađen po sledećem programu:1.1.1.1. MikrolegiranjeMikrolegiranjeMikrolegiranjeMikrolegiranje iiii hemijsko-termihemijsko-termihemijsko-termihemijsko-termiččččkakakaka obradaobradaobradaobrada kvarcnogkvarcnogkvarcnogkvarcnog peska:peska:peska:peska:Kvarcni pesak je mikrolegiran aluminijumom i delimično magnezijumom, a

zatim je izvršena termička aktivacija na temperaturi od 900 °C [3]. Sam postupakdobijanja je osmišljen od strane dr Milovana Purenovića i zaštićen je patentom.

Imajući u vidu strukturu kvarcnog peska i njgovu prirodnu poroznost, uslovljenudelimičnom amorfizacijom kristala SiO2, postupkom mikrolegiranja je omogućeno dase izvrši dodatna amorfizacija kristala, tako što je svako kristalno zrno, obavijenoamorfnim slojem složenog sastava i strukture. Postojeći amorfni oksidi se podvrgavajuuslovima metaliziranja, tako što se u strukturi pojavljuje izrazito nestehiometrijskioksid sa viškom metala [3]. Ovako nastali nestehiometrijski oksidi su raspoređeni uvidu veoma tankih nano i subnanofilmova, koji obavijaju mikro i subzrna kristalnogSiO2. U redukcionim uslovima i na temperaturi oko 900 °C, dolazi do ozbiljneprekristalizacije makrozrna kristala, uz pojavu fragmentacije usled pokretanjadislokacija, primesa i mikrolegirajućih dodataka. Time se svako subzrno – mozaičkiblok kristalne strukture obavija veoma tankim filmom mikrolegirajućih dodataka iprimesa, što predstavlja izuzetan nanoprostor za odvijanje elektrohemijskih iadsorpcionih procesa. Da je stvarno došlo do stvaranja novog nanoprostora i povećanemikroporoznosti, potvrđeno je rezultatima snimanja Lengmirove adsorpcione izotermei BET metodom određivanja specifične površine.

Na osnovu snimljene adsorpcione izoterme po Lengmiru, adsorpcijom azota natemperaturi 77 K na ovom uzorku, ustanovljeno je da ona, po IUPAC-ovoj klasifikaciji,pripada grupi izotermi tipa III. Ovoj grupi pripadaju makroporozni materijali.Specifična površina dobijenog peska je određena po BET-metodi i iznosi 4,2 m2/g.Pored toga, zapaženo je bitno povećanje – bubrenje zrna kvarcnog peska tako što jepoluprečnik zrna povećan sa polaznih 500 μm, kod nemodifikovanog kvarcnog peska,na 800 μm, kod mikrolegiranog i modifikovanog SiO2, kao nanomaterijala.

Dobijeni mikrolegirani i hemijsko termički modifikovani kvarcni pesak se čuvau zatvorenim kutijama.

104

2.2.2.2. AktiviranjeAktiviranjeAktiviranjeAktiviranje mikrolegiranogmikrolegiranogmikrolegiranogmikrolegiranog aluminijuma:aluminijuma:aluminijuma:aluminijuma:Dodatkom nekoliko stotina ppm kalaja i galijuma u tečni aluminijum, tako da

kristalizacijom dolazi do bitne reorganizacije strukture mikrozrna i subzrna iamorfizacije, inače kristalnog materijala [4]. Pošto su mikrolegirajući elementi slaborastvorni u čvrstom i tečnom stanju aluminijuma, određenim postupcima, pri velikimbrzinama hlađenja, ostvaruje se metastabilno stanje prisutnih mikrolegirajućihelemenata, koji se u subtankim filmovima, debljine nekoliko nanometara, izdvajaju pogranicama mikro i submikrozrna, blokirajući kretanje dislokacija koje imaju presudnuulogu u rastu i morfologiji kristala. Prilikom termičke obrade, podstiče se naglopokretanje dislokacija, uz pojavu dalje fragmentacije mikrozrna u submikrozrna, načijim se granicama preraspodeljuju mikrolegirajuće komponente, tako da se postojećamasa izdvojenih mikrolegirajućih dodataka i primesa iz postojećeg materijala(aluminijuma i magnezijuma), preraspodeljuje na novofragmentovane subkristaliće -mozaičke blokove, ali sada se sloj - film mikrolegirajućih dodataka, toliko istanji dajedva formira jedan monosloj adsorbovanih primesa metala na granicama subzrna.Zato mikrolegirani aluminijum trpi prelaz od nanomaterijala premasubnanomaterijalima. Elektrohemijske osobine mikrolegiranog aluminijuma se, naprimer, približavaju njegovim termodinamičkim osobinama, što se rezultuje krozpomeranje stacionarnog potencijala aluminijuma iz pasivnog u veoma aktivno područje,koje je po potencijalu blizu reverzibilnom termodinamičkom potencijalu aluminijuma.

Pre nego što je upotrebljen u svrhu prečišćavanja vode od arsena izvršena jehemijska aktivacija granula mikrolegiranog aluminijuma, koja je vršena specijalnopripremljenim rastvorom. Ovim rastvorom je tretiran granulisani mikrolegiranialuminijum pre nego što je upotrebljen za eksperiment.

3.3.3.3. PripremaPripremaPripremaPriprema sintetisintetisintetisintetiččččkekekeke vode:vode:vode:vode:Napravljen je standardni rastvor arsena koncentracije C(As) = 100 mgdm-3

rastvaranjem 0,2082g Na2HAsO4 ⋅ 7H2O, u normalni sud od 500 cm3, destilovanomvodom. Sintetička voda, čija je koncenracija iznosila 155,94 µ gdm-3 arsena(V), jedobijena razblaživanjem standardnog rastvora. Od ovog rastvora je odmereno 200 cm3

i obeleženo kao uzorak I.4.4.4.4. TretmanTretmanTretmanTretman sintetisintetisintetisintetiččččkekekeke vodevodevodevode HTO-peskom:HTO-peskom:HTO-peskom:HTO-peskom:Odmereno je 25 g fino usinjenog kvarcnog peska dobijenog po postupku

opisanom u delu 1. Prenešen je u čašu od 500 cm3, gde je dodato 250 cm3 sintetičkevode pri čemu je dobijena mlečno bela suspenzija. Vreme kontaktiranja kvarcnogpeska i sintetičke vode iznosilo je 25 min uz stalno mešanje staklenim štapićem. Predsam kraj smeša je ostavljena da se čvrsta faza slegne, a zatim je izvršeno dekantovanje.Proces se odvijao na temperaturi 25 °C.

Kvarcni pesak nakon tretmana je osušen i ispitivan IR spektroskopijom,elektronskim mikroskopom i EDS analizom, a rastvor je proceđen na vakuumu, najprekroz filter-papir srednje gustine (bela traka), a zatim i kroz gušći (plava traka).Mutnoća filtrata posle merenja turbidimetrom iznosila je 11,2 NTU. Odmereno je200 cm3 ovog rastvora i obeležen je kao uzorak II.

5.5.5.5. TretmanTretmanTretmanTretman sintetisintetisintetisintetiččččkekekeke vodevodevodevode mikrolegiranimmikrolegiranimmikrolegiranimmikrolegiranim aluminijumom:aluminijumom:aluminijumom:aluminijumom:

105

Mikrolegirani aluminijum je, u obliku granula, dodat u 250 cm3 sintetičke vode.Vreme kontaktiranja aluminijuma i vode iznosilo je 25 min. U toku tog vremenavršeno je povremeno mešanje staklenim štapićem. Mogli su se zapaziti sitni mehurićigasa (H2) koji se izdvajaju iz vode, kao i zamućenje rastvora (od koloidnog Al(OH)3),što je posledica reagovanja aluminijuma i vode. Kao i u prethodnom slučaju, tretmansintetičke vode mikrolegiranim aluminijum je vršen na 25 °C.

Nakon isteka predviđenog vremena kontaktiranja rastvor je dekantovan, a ondaproceđen na vakuumu prvo kroz belu traku, a onda i kroz plavu traku filter papira.Mutnoća filtrata posle merenja turbidimetrom iznosila je 42,83 NTU. Odmereno je 200cm3 ovog rastvora i obeleženo kao uzorak III.

REZULTATI I DISKUSIJA

Posle određivanja arsena u uzorcima I, II i III, pomoću AAS, dobijeni su sledećirezultati prikazani u tabeli I.1 i Sl.I.1.

TABELA I.1. Tabelarni prikaz koncentracija As u uzorcima

Uzorak Zapreminarastvora (cm3)

Vremekontaktiranja

(min)

KoncentracijaAs(V) (µgdm-3)

I 200 / 155,94II 200 25 5,87III 200 25 48,95

Sl.I.1. Prikaz koncentracija arsena u vidu histograma

Rezultati prikazani u tabeli I.1 i na histogramu, Sl.I.1, jasno pokazuju značajanpad koncentracije arsena sa C = 155,94 µgdm-3, pre tretmana sintetičke vode(uzorak I), na C = 5,87 µgdm-3 posle tretmana sa mikrolegiranim HTO-peskom (uzorakII), odnosno na C = 48,95 µ gdm-3 posle tretmana sa mikrolegiranim aluminijumom(uzorak III).

Na Sl.I.2 data je SEM fotografija površine čestica HTO-peska pre pre tretmanasintetičke vode, a uvećanje iznosi 1 500 puta.

106

Sl.I.2. Fotografija čestica HTO-peska pre tretmana sintetičke vode snimljenaSEM-om

Površina častica nakon upotrebe HTO-peska u tretiranju sintetičke vode data jena Sl.I.3, uvećanje je 3500 puta.

Sl.I.3. Fotografija čestica HTO-peska nakon tretmana sintetičke vode snimljenaSEM-om

Poređenjem SEM fotografija mikrolegiranog HTO-peska pre i posle tretmana neuočavaju se značajnije promene u izgledu površine čestica, a ne zapaža se ni prisustvonove faze na na njima.

Posle FTIR analize mikrolegiranog HTO-peska, u obiliku KBr pilule, dobijeni susledeći spektri, prikazani na Sl.I.4 za pesak pre tretmana i Sl.I.5 posle tretmana.

107

Sl.I.4. Izgled IR spektra mikrolegiranog HTO-peska pre tretmana

Sl.I.4. Izgled IR spektra mikrolegiranog HTO-peska posle tretmana

Osim pojave manjih pikova između 1500 cm-1 i 2000 cm-1 i dva pika navrednosti nešto nižoj od 3000 cm-1 kod spektra mikrolegiranog HTO-peska posletretmana, ne primećuju se druge značajnije razlike u izgledu ova dva IR spektra.

Rezultati EDS analize dati su na Sl.I.5 za mikrolegirani HTO-pesak pre tretmanai na Sl.I.6 posle tretmana.

Sl.I.5. Rezultat EDS analize za mikrolegirani HTO-pesak pre tretmana

108

Rezultati EDS analize takođe pokazuju da je da nije došlo do promenemikrolegiranog HTO-peska pre i posle tretmana. Kao što se vidi hemijski sastav jeostao isti.

Diskusija je sprovedena na bazi dobijenih eksperimentalnih rezultata, prikazanihodgovarajućim histogramima, tabelama i slikama, pregleda literature o hemiji arsena ipostupcima njegovog uklanjanja iz vode. Prema programu i metodici eksperimenta,originalni postupak uklanjanja arsena, imajući u vidu da se radi o specifičnom procesu,podrazumeva posebnu primenu mikrolegiranog HTO-peska i mikrolegiranog igranulisanog aluminijuma. Kao što pokazuju eksperimentalni rezultati, prikazani nahistogramu, Sl.I.1, vidi se da je primenom oba nanomaterijala izvršeno efikasno alirazličito uklanjanje arsena.

Sl.I.6. Rezultat EDS analize za mikrolegirani HTO-pesak posle tretmana.

Mikrolegiranim HTO-peskom u mlevenom i dispergovanom stanju dobijeno jeznačajno smanjenje sadržaja arsena, od polazne koncentracije sintetičke vode155.94 µgdm-3 do 5,87 µgdm-3. Ovo predstavlja značajno smanjenje koncentracije uodnosu na 10 µgdm-3, koliko je MDK za arsen po najnovijim svetskimstandardima [1]. Dakle, samo neposrednom filtracijom kroz odgovarajuću filter traku(plavu), čime su odvojene čestice peska od vode, ostvareno je odgovarajuće smanjenjekoncentracije arsena.

Imajući u vidu da su na mikrolegiranom aluminijumu i HTO-pesku mogućiprocesi elektrohemijske redukcije i hemisorpcije, kao redovno prateći procesi,očigledno da je došlo do redukcije prethodno hemisorbovanog jona arsena(V) doelementarnog arsena. Dalja sudbina elementarnog arsena je verovatno sledeća.Elementarni arsen je nerastvoran u vodi i može se ugraditi u poroznim zrnimamagnezijuma, koji obavija svako kristalno zrno HTO-peska, amorfizujući njegovupovršinsku strukturu. Upravo iz ovih razloga ima dovoljno mesta da elementarni arsenbude okludovan ili zahvaćen postojećim cilindričnim, neprostrelnim porama. Samoonaj elementarni arsen, koji je fizićki adsorbovan na površini HTO-peska ili naogoljenim delovima SiO2, može se delimično otkinuti sa površine i ponovo naći u vodi.Pretpostavlja se da rezultat od 5,87 µgdm-3 upravo čini čestični arsen, koji na bilo kojinačin nije geterovan suspendovanom prahom HTO-peska

109

Rezultati SEM analize su pokazali, kao što se vidi sa slika Sl.I.2 i Sl.I.3,morfologiju i strukturu HTO-peska pre i posle tretmana. Vidi se da nije došlo doozbiljne promene morfologije i strukture površine, jer se nisu nagradile novepovršinske faze. To se nije moglo ni očekivati u ovom eksperimentu imajući u vidurelativno malu masu izdvojenog arsena iz uzorka sintetičke vode. Naime, ukupnakontaktna površina upotrebljenog HTO-peska iznosi oko 105 m2, pa je očigledno da jekoličina arsena, koji je prisutan u tretiranom rastvoru, daleko manja od količinepotrebne da se nagradi jedan monomolekulski sloj, a kamoli da nagradi neke nove fazei time izazove strukturne promene površine, tako da ovu tehnologiju možemo svrstiti usubnanotehnologije. To isto nedvosmisleno potvrđuju rezultati EDS analize pre i posletretmana sa vodom, jer nisu nađeni pikovi za arsen. Nađeni su pikovi za Si, Al i Mg,što se i očekivalo.

Ovi rezultati potvrđuju da mikrolegirani HTO-pesak ima visok kapacitet zauklanjanje arsena, koji je potvrđen činjenicom da je isti iz rastvora sintetičke vodeadsorpbovan u količini od 1,5 μg/g, što se može izraziti i kao 0,357 μg/m2 i2,87 · 1015 atoma As/m2, što je više nego 1000 puta manja količina od one koja semože normalno smestiti na 1 cm2 površine. U odnosu na kapacitet 1 m2 površine,zauzeta površina sa deponovanim arsenom je više nego 10 000 manja od one koja binormalno da se deponuje na 1 m2 površine. Naravno, ovi rezultati se odnose samo nasintetičku vodu, koja sadrzi samo arsen, što znači da u realnim uslovima postojikonkurencija u deponovanju i adsorpciji brojnih jona i primesa iz zagađene vode. Ali iu ovim uslovima, čak i pri smanjenju kapaciteta za 10 puta, postoji ozbiljan rezidualnikapacitet za elektrohemijske i adsorpcione procese. Mikrolegiranjem peska, doprinosise povećanju njegovog ampečasovnog kapaciteata, količinom unetih aktivnih Mg i Alatoma. Arsen bi se pojavio na EDS i SEM snimcima, posle višekratnog korišćenjaistog peska, npr. pri korišćenju u protočnim sistemima za prečišćavanje vode. Dakle,kada dođe do maksimalnog zasićenja površine mlevenog i dispergovanog peska saadsorbovanim česticama HTO-peska, isti treba zameniti svežim porcijama HTO-peska,kako ne bi došlo do reemisije čestičnog arsena u prečišćenu vodu.

Rezultati IR analize su još jednom potvrdili da na HTO-pesku nema grupa kojebi mogle da izmene spektar. Poređenjem spektra pre i posle tretmana uočene suneznatne razlike. Te razlike mogu da vode poreklo od nekih drugih zagađenja u tokufiltracije ili stajanja uzorka u laboratoriji, što se ne može iskljušiti imajući u viduzagađenu atmosferu u laboratoriji. Upravo takvi rezultati su dobijeni, što se vidi naslikama Sl.I.4 i Sl.I.5.

Rezultat, koji je ostvaren korišćenjem granula mikrolegiranog aluminijuma, je48,95 µgdm-3. Mada je smanjenje sadržaja arsena značajno, ipak nije ostvaren rezultatispod MDK. Imajući u vidu da mikrolegirani aluminijum ima veliku elektrohemijskuaktivnost, koja je verifikovana njegovim vrlo velikim stacionarnim elektrodnimpotencijalom od -1,5 do -1,6 V prema zasićenoj kalomelovoj elektrodi, normalno bibilo očekivati potpuniju redukciju As(V) nego u slučaju mikrolegiranog HTO-peska.Analizom sistema prečišćavanja sa granulama mikrolegiranog aluminijuma, došlo sedo zaključka da pri jednakom vremenu tretmana sva zapremina rastvora nije bila uneposrednom kontaktu sa svakom granulom mikrolegiranog aluminijuma, već je uvek

110

postojala slobodna zapremina vode. Same granule nisu dovoljno u stanju da zadržečestični arsen na svojoj ovršini, jer je ista relativno slabo razvijena. Na drugoj strani,količina rastvorenog Al(OH)3 nije dovoljna da koprecipituje svu količinu redukovanogarsena, pa je zato i dobijen slabiji rezultat.

Ova diskusija upućuje na zaključak da je, uz korišćenje oba materijala, nužno dase uvede dodatni koagulaciono-flokulacioni proces sa Al2(SO4)3 · 18H2O i FeCl3. Ovimdodatnim koagulaciono-flokulacionim procesima se može dobiti prečišćena voda, sazanemarljivim sadržajem arsena, bez obzira na polaznu koncentraciju.

ZAKLJUČAK

Na osnovuprikazanih rezultata i sprovedene diskusije istih mogu se izvestisledeći zaključci praktičnog karaktera:

� Granule mikrolegiranog aluminijuma su pokazale značajan efekat nauklanjanju arsena redukcionim procesima, ali je nedovoljno izraženaadsorpcija i okluzija elementarnog arsena, zbog nedovoljno razvijene irelativno kompaktne površine granule.

� Rezultati na mikrolegiranom aluminijumu se mogu poboljšati ukoliko senakon redukcionih procesa primene koagulaciono – flokulacioni procesi.

� Mikrolegirani HTO-kvarcni pesak u disperznom i suspendovanom stanju jepokazao izvanredan rezultat na uklanjanju arsena, jer su skraćeni puteviinterakcije jona sa veoma sitnim, dispergovanim česticama peska (voda sasuspenzijom ima mlečno-belu boju).

� Ukoliko bi se nakon interakcije HTO-peska, takođe primenio koagulacionoflokulacioni proces, može se dobiti još bolji rezultat od onog koji je ostvaren.

� Rezultati SEM, EDS i IR analize nisu pokazali ozbiljnije prisustvo arsena ilifaza na bazi arsena, čije bi prisustvo rezultovalo značajnijom promenommikromorfologije i strukture površine, kao i pojavu odgovarajućih pikovakod EDS i FTIR analize.

� Upravo rezultati SEM, EDS i FTIR analize ukazuiju da je veliki kapacitet zaadsorpciono redukcione procese na mikrolegiranom pesku, što obezbeđujedugu i višestruku upotrebu ovakvog peska u protočnim tehnologijamaprečišćavanja vode od arsena

� Nedovoljno su izražene adsorpcione osobine na ovako dobijenim granulamamikrolegiranog aluminijuma, uprkos izvanrednim elektrohemijskimosobinama. Mogu se dobiti granule direktnim livenjem mikrolegiranogaluminijuma, kroz odgovarajuća grafitna sita skejlap procesom, livenjem uvodi sa ledom.

LITERATURA

1. Technologies and Costs for Removal of Arsenic from Drinking Water,Environmental Protection Agency (EPA) 815-R-00-028, December 2000.

2. R. Johnston, H. Heijnen, Safe Water Technology for Arsenic Removal.

111

3. M.M. Purenović, Reakcije u čvrstim telima i na njihovoj površini, SKC, Niš,1994.

4. M.M. Purenović, Uticaj nekih legirajućih dodataka i primesa naelektrohemijsko ponašanje sistema Al-Al2O3-sredina, Doktorska disertacija,Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd, (1978)

5. Y. S. Shen Study of arsenic removal from drinking water, Jour. AWWA, 65656565 (8)(1973) 543-547.

6. O. S. Thirunavukkarasu, T. Viraraghavan, K. S. Subramanin, Arsenic removalfrom drinking water using iron oxide-coated sand, Water Air Soil Pollution,142142142142, (2003) 95-111.

7. T. Viraraghavan, K. S. Subramanin, J. A. Aruldoss, Arsenic in drinking –problems and solutions, Water Sci. Techol, 40404040 (2) (1999) 69-76.

8. R.M. Piticesu, A. M. Piticesu, D. Taloi, V. Badilita, Hydrothermal synthesis ofceramic nanomaterials for functional applications, Nanotehnology, 14141414 (3),2003.

SummarySummarySummarySummaryARSENICARSENICARSENICARSENIC REMOVALREMOVALREMOVALREMOVAL FROMFROMFROMFROMCONTAMINATEDCONTAMINATEDCONTAMINATEDCONTAMINATEDWATERWATERWATERWATER BYBYBYBYMICROALLOIEDMICROALLOIEDMICROALLOIEDMICROALLOIED ALUMINUMALUMINUMALUMINUMALUMINUMANDANDANDANDMICROALLOIEDMICROALLOIEDMICROALLOIEDMICROALLOIED ANDANDANDANDCHEMICALY/TERMICALYCHEMICALY/TERMICALYCHEMICALY/TERMICALYCHEMICALY/TERMICALYMODIFICATEDMODIFICATEDMODIFICATEDMODIFICATEDQUARTZQUARTZQUARTZQUARTZ SANDSANDSANDSANDScientificScientificScientificScientific paperpaperpaperpaperMilovanMilovanMilovanMilovan Purenovic,Purenovic,Purenovic,Purenovic, MarjanMarjanMarjanMarjan RandjelovicRandjelovicRandjelovicRandjelovicFaculty of Sciences and Mathematics, Nis, Serbia

The subject of this work is removal of arsenic(V) from sintetic water by usingnew nanomaterials. Tehnology is based on reduction of arsenic(V) to elementaryarsenic and its adsorption on surface of used nanomaterial. Sintetic water, whichcontain 155,94 µ gdm-3 arsenic, was treated for period of 25 min with granulatedmicroalloied aluminum and microalloied and chemicaly/termicaly modificated quartzsand, separately. After treatment, arsen was determinated in water by atomicabsorption spectrophotometry. Solid phase was analysed by IR spectroscopy, SEM andEDS in order to found changes in solid state after adsorption of elementary arsenic.Results showed that this tehnology is successful in removing arsenic to concentrationbelow 10 µgdm-3.

Using this results, it is possible to establish process parameters and to projectnew tehnology for arsenic removal from drinking water.

KeKeKeKeywords:ywords:ywords:ywords: Arsenic removal, nanomaterials, microalloied aluminum,microalloied chemicaly/termicaly modificated qurtz sand, sintetic water.