Riassunto analitico
L’obiettivo di questa attività di ricerca è stato quello di esaminare da una prospettiva ambientale, l’interazione tra ioni metallici e agenti tensioattivi chelanti, in modo da sperimentare se l’adozione di queste molecole potesse risultare interessante nel trattamento delle acque reflue contaminate da metalli pesanti. I tensioattivi chelanti sono delle molecole bifunzionali, con proprietà sia chelanti sia tensioattive, solubili in acqua. La doppia funzionalità potrebbe creare prospettive di utilizzo più estese rispetto ai comuni agenti chelanti o agli ordinari tensioattivi ionici. Se sostituiti ai leganti chelanti nelle loro applicazioni, i tensioattivi chelanti possono essere facilmente separati dalle soluzioni acquose tramite metodi appropriati. Inoltre, il riciclaggio di questi additivi e il recupero dei contaminanti consentirebbe un processo di trattamento sostenibile e conveniente dal punto di vista economico. La tecnica di separazione impiegata per questo studio è stata la flottazione ionica. Quando viene iniettato gas nella soluzione tali complessi tensioattivi chelanti ionici possono essere rimossi, qualora le bolle risultanti formino una fase schiumosa stabile. Per favorire questo processo, possono essere aggiunti in soluzione degli appositi agenti schiumanti con l’azione di incrementare la formazione di schiuma. Questo metodo di separazione e concentrazione, in confronto ad altri metodi, presenta dei benefici sia sotto l’aspetto economico sia sulla semplicità operativa. I metalli pesanti su cui sono state effettuate le analisi di laboratorio sono manganese cobalto e rame, studiati in soluzioni caratterizzate da condizioni operative di pH 5 e temperatura ambiente. Le attività di laboratorio si sono svolte prevalentemente in tre fasi distinte: la prima fase riguardava la misura delle tensioni superficiali delle soluzioni preparate. In questa fase sono stati preparati e analizzati diversi campioni che differivano in base alle concentrazioni di metalli e di tensioattivi chelanti. L’obiettivo di queste misure è stato quello di investigare il modo in cui i metalli influenzano l’andamento delle tensioni superficiali, quando in soluzione con i tensioattivi chelanti. La fase successiva ha visto la preparazione di nuove soluzioni, caratterizzate anche da miscele di metalli diversi, e la conseguente applicazione della procedura di flottazione. L’obiettivo è stato quello di separare le due fasi (schiuma e bulk), concentrare i complessi metallici nella schiuma e prelevare campioni durante il processo, per una successiva analisi qualitativa e quantitativa. Infine, nell’ultimo step, tali campioni sono stati analizzati con la tecnica analitica dell’ICP.
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Abstract
The purpose of this study was to examine from an environmental perspective, the interaction between metal ions and chelating surfactants, in order to find out if the adoption of these molecules could be interesting in wastewater treatment from heavy metals. Chelating surfactants are functional molecules, with both surface-active and chelating properties, which are water-soluble. The dual functionality might have more extended utilisation prospects than common chelating agents or ordinary ionic surfactants [1]. If substituted to chelating ligands to use in their application, chelating surfactants can be easily separated from aqueous solution via an appropriate method [2].
In addition, the recycling of these additives and the recovery of contaminants would be highly desired for a sustainable and cost-effective washing process. The separation technique employed for this study was the ionic flotation. When air/gas is injected into the solution, the ion-chelating surfactant complexes can be removed from the solution if the resulting bubbles create a stable foam phase. To facilitate this process, appropriate surfactants were added in order to promote the formation of the foam. This separation and concentration method, compared to others, has benefits in its operational simplicity and cost-efficiency.
The heavy metals chosen for the analysis are cobalt, copper and manganese, in solution with operating conditions of pH 5 and room temperature.
The laboratory activities were mainly organised into three different stages. The first one concerned the surface tension measurements of solutions. Several kinds of solutions were prepared, by varying the concentration of heavy metal and chelating surfactant. The aim of these measurements was to investigate how heavy metals, influence the surface tension trends when in solution with chelating surfactants.
The second step started by preparing new solutions, even with mixtures of metal ions, and submit them to the flotation procedure. The objective was to separate the two phases (foam and bulk), concentrate the metal complexes in the foam phase and collect samples during the process for subsequent qualitative and quantitative analysis.
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Finally, these samples have been analysed with the analytical technique of Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectrometry (ICP-OES).
From this study it was found that the examined chelating surfactant 4-C12-DTPA, applied for ion flotation experiments to remove metal ions, has led to good results, which show a global depletion of metals in solution. From ICP-OES analyses, especially, it results a stronger depletion of copper more than the other metals. Effectively, even from surface tension measurements, the complexes containing copper and the chelating surfactant are the ones which, at the concentrations examined for foam flotation experiments, showed stronger reductions of surface tension.
In addition, flotation experiments in excess concentration of metal ions (mixed systems) confirmed the coordination of more than one metal ion to the headgroup of 4-C12-DTPA.
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