Adsorption of hydrogen sulfide by modified cellulose nano/microcrystals

Hydrogen sulfide is toxic and hazardous pollutant. It has been under great interest for past few years because of all the time tighten environmental regulations and increased interest of mining. Hydrogen sulfide gas originates from mining and wastewater treatment systems have caused death in two cases. It also causes acid rains and corrosion for wastewater pipelines. The aim of this master thesis was to study if chemically modified cellulose nanocrystals could be used as adsorbents to purify hydrogen sulfide out from water and what are the adsorption capacities of these adsorbents. The effects of pH and backgrounds on adsorption capacities of different adsorbents are tested. In theoretical section hydrogen sulfide, its properties and different purification methods are presented. Also analytical detection methods for hydrogen sulfide are presented. Cellulose nano/microcrystals, properties, application and different modification methods are discussed and finally theory of adsorption and modeling of adsorption is shortly discussed. In experimental section different cellulose nanocrystals based adsorbents are prepared and tested at different hydrogen sulfide concentrations and in different conditions. Result of experimental section was that the highest adsorption capacity at one component adsorption had wet MFC/CaCO3. At different pH the adsorption capacities of adsorbents changed quite dramatically. Also change of hydrogen sulfide solution background did have effect on adsorption capacities. Although, when tested adsorbents’ adsorption capacities are compared to those find in literatures, it seems that more development of MFC based adsorbents is needed.

Rikkivety on myrkyllinen ja haitallinen yhdiste. Rikkivety on kiinnostuksen kohteena tiukkenevien ympäristölakien ja lisääntyvän kaivosteollisuuden takia. Kaivosteollisuudesta ja vedenpuhdistusprosessista peräisin olevalle rikkivedylle altistuminen on kahdessa tapauksessa johtanut altistuneiden henkilöiden kuolemaan. Luonnossa rikkivety hapettuu rikkihapoksi, joka aiheuttaa happosateita. Rikkivety on korroosiota aiheuttava aine betoniputkistossa. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia, voidaanko kemiallisesti modifioituja nano/mikro selluloosaa käyttää rikkivedyn erottamiseksi vedestä adsorbenttinä, sekä mitkä ovat eri adsorbenttien adsorptiokapasiteetit. Veden pH:n ja suolapitoisuuden muutoksen vaikutuksia adsorbenttien adsorptiokapasiteetteihin tutkittiin. Työn teoriaosassa tutustutaan rikkivedyn ominaisuuksiin sekä muihin tutkittuihin puhdistusmenetelmiin. Lisäksi perehdytään nanoselluloosan valmistukseen, ominaisuuksiin, käyttökohteisiin sekä pinnan kemialliseen modifiointiin. Vesinäytteessä olevan rikkivedyn analyyttisiin määrittämiskeinoihin perehdytään. Lisäksi lyhyesti tutustutaan adsorption teoriaan ja mallintamiseen. Kokeellisessa osassa valmistetaan erilaisia nanoselluloosapohjaisia adsorbentteja ja tutkitaan niiden adsorptiokapasiteettejä sekä eri pH:n ja liuoksen taustan vaikutusta adsorptiokapasiteetteihin. Kokeellisen osan perusteella paras adsorptiokapasiteetti on kostealla MFC/CaC03:llä. pH:n muuttaminen vaikutti adsorbenttien adsorptiokapasiteetteihin melko voimakkaasti. Lisäksi liuoksen taustan muuttamisella on vaikutusta adsorptiokapasiteetteihin, mutta vaikutus ei ollut niin suuri kuin pH:n säädöllä. Kirjallisuudesta löydettyihin adsorbentteihin verrattuna nanoselluloosaan perustuvia adsorbenttejä tulee jatkossa kehittää.