The presence of heavy metals such as arsenic, vanadium, copper, nickel and iron in water is a current problem; in fact, these substances have highly damaging effects on both human health and the environment. For this reason, in recent years several techniques have been developed to remove them, minimizing costs and the production of secondary pollutants. In particular, this problem has found different solutions in the field of nanotechnology. This thesis reports the results concerning the properties and application of magnetic fluids for the purification of waste water containing dissolved metals. These magnetic fluids consist of nanoparticles, which aggregate into micro-sponges and are composed of a magnetite core functionalized with a specific coating. The coatings used in this thesis have hydrophilic behavior and give the particles a charge, positive or negative, which allows the pollutants to bind to the surface of the micro-sponges. The analyses carried out are aimed at: defining the dimensions of the particles, both in solution and dry, and verifying a dependence of the latter on the percentage of coating; analyzing the ring opening reaction of the ε-caprolactam to obtain 6-aminocaproic acid to reduce the costs related to the reagents necessary for the synthesis; checking the presence of the coating on the particles; testing the adsorption efficiency and finally the possible regeneration through electrochemical treatment. Since adsorption is one of the main aspects of this work, the following parameters are evaluated: the removal efficiency of the dry particles with respect to those in solution, the performance of the coating starting from 6-aminocaproic acid or from ε-caprolactam, the effect of coating percentage, time and particle concentration and finally the performance of magnetic fluids with respect to those of the commercial product. Furthermore, analyses are carried out on water coming from industrial plants to test the performance of the particles in solutions with more pollutants.

La presenza di metalli pesanti, quali arsenico, vanadio, rame, nichel e ferro, in acqua è un problema attuale; queste sostanze, infatti, hanno effetti molto dannosi sulla salute umana e sull’ambiente. Per questo motivo, negli ultimi anni sono state sviluppate diverse tecniche per rimuoverli, minimizzando i costi e la produzione d’inquinanti secondari. In particolare, questo problema ha trovato diverse soluzioni nel campo della nanotecnologia. In questa tesi sono riportati i risultati riguardanti le proprietà e l’applicazione di fluidi magnetici per la purificazione di acque reflue contenenti metalli disciolti. Questi fluidi magnetici consistono in aggregati micrometrici di nanoparticelle, costituite da un nucleo di magnetite funzionalizzato con un rivestimento che le rende adatte alla rimozione di metalli da soluzioni acquose. I rivestimenti utilizzati in questa tesi hanno caratteristiche idrofile e conferiscono alle particelle una carica, positiva o negativa, che permette agli inquinanti di legarsi alla superficie di quest’ultime. Le analisi eseguite sono volte a: definire le dimensioni delle particelle, sia in soluzione sia secche, e verificare una dipendenza di quest’ultime dalla percentuale di rivestimento; analizzare la reazione di apertura dell’anello del ε-caprolattame per ottenere l’acido 6-aminocaproico al fine di ridurre i costi relativi ai reagenti necessari per la sintesi; verificare la presenza del rivestimento sulle particelle; testare l’efficienza di adsorbimento e infine la possibile rigenerazione attraverso trattamento elettrochimico. Dato che l’adsorbimento è uno degli aspetti principali di questo lavoro, i seguenti parametri sono valutati: l’efficienza di rimozione delle particelle secche rispetto a quelle in soluzione, le performance del rivestimento a partire da acido 6-aminocaproico o da ε-caprolattame, l’effetto della percentuale di rivestimento, del tempo e della concentrazione di particelle e infine le performance dei fluidi magnetici rispetto a quelle del prodotto commerciale. Inoltre, sono state condotte analisi su acque provenienti da impianti industriali per testare le prestazioni delle particelle in soluzioni reali.

Optimization and application of magnetic fluids for waste water treatment

AZZONI, ANGELICA
2017/2018

Abstract

The presence of heavy metals such as arsenic, vanadium, copper, nickel and iron in water is a current problem; in fact, these substances have highly damaging effects on both human health and the environment. For this reason, in recent years several techniques have been developed to remove them, minimizing costs and the production of secondary pollutants. In particular, this problem has found different solutions in the field of nanotechnology. This thesis reports the results concerning the properties and application of magnetic fluids for the purification of waste water containing dissolved metals. These magnetic fluids consist of nanoparticles, which aggregate into micro-sponges and are composed of a magnetite core functionalized with a specific coating. The coatings used in this thesis have hydrophilic behavior and give the particles a charge, positive or negative, which allows the pollutants to bind to the surface of the micro-sponges. The analyses carried out are aimed at: defining the dimensions of the particles, both in solution and dry, and verifying a dependence of the latter on the percentage of coating; analyzing the ring opening reaction of the ε-caprolactam to obtain 6-aminocaproic acid to reduce the costs related to the reagents necessary for the synthesis; checking the presence of the coating on the particles; testing the adsorption efficiency and finally the possible regeneration through electrochemical treatment. Since adsorption is one of the main aspects of this work, the following parameters are evaluated: the removal efficiency of the dry particles with respect to those in solution, the performance of the coating starting from 6-aminocaproic acid or from ε-caprolactam, the effect of coating percentage, time and particle concentration and finally the performance of magnetic fluids with respect to those of the commercial product. Furthermore, analyses are carried out on water coming from industrial plants to test the performance of the particles in solutions with more pollutants.
PESCE, RUGGIERO MARIA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-ott-2018
2017/2018
La presenza di metalli pesanti, quali arsenico, vanadio, rame, nichel e ferro, in acqua è un problema attuale; queste sostanze, infatti, hanno effetti molto dannosi sulla salute umana e sull’ambiente. Per questo motivo, negli ultimi anni sono state sviluppate diverse tecniche per rimuoverli, minimizzando i costi e la produzione d’inquinanti secondari. In particolare, questo problema ha trovato diverse soluzioni nel campo della nanotecnologia. In questa tesi sono riportati i risultati riguardanti le proprietà e l’applicazione di fluidi magnetici per la purificazione di acque reflue contenenti metalli disciolti. Questi fluidi magnetici consistono in aggregati micrometrici di nanoparticelle, costituite da un nucleo di magnetite funzionalizzato con un rivestimento che le rende adatte alla rimozione di metalli da soluzioni acquose. I rivestimenti utilizzati in questa tesi hanno caratteristiche idrofile e conferiscono alle particelle una carica, positiva o negativa, che permette agli inquinanti di legarsi alla superficie di quest’ultime. Le analisi eseguite sono volte a: definire le dimensioni delle particelle, sia in soluzione sia secche, e verificare una dipendenza di quest’ultime dalla percentuale di rivestimento; analizzare la reazione di apertura dell’anello del ε-caprolattame per ottenere l’acido 6-aminocaproico al fine di ridurre i costi relativi ai reagenti necessari per la sintesi; verificare la presenza del rivestimento sulle particelle; testare l’efficienza di adsorbimento e infine la possibile rigenerazione attraverso trattamento elettrochimico. Dato che l’adsorbimento è uno degli aspetti principali di questo lavoro, i seguenti parametri sono valutati: l’efficienza di rimozione delle particelle secche rispetto a quelle in soluzione, le performance del rivestimento a partire da acido 6-aminocaproico o da ε-caprolattame, l’effetto della percentuale di rivestimento, del tempo e della concentrazione di particelle e infine le performance dei fluidi magnetici rispetto a quelle del prodotto commerciale. Inoltre, sono state condotte analisi su acque provenienti da impianti industriali per testare le prestazioni delle particelle in soluzioni reali.
Tesi di laurea Magistrale
File allegati
File Dimensione Formato  
2018_10_Azzoni.pdf

non accessibile

Descrizione: Testo della tesi
Dimensione 2.98 MB
Formato Adobe PDF
2.98 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/142749