Zastosowanie uporządkowanych mezoporowatych materiałów węglowych do usuwania wybranych związków organicznych z roztworów wodnych

• Autorzy: Jedynak K. , Choma J.

Warianty tytułu

EN

Application of ordered mesoporous carbon materials to removal of organic pollutants from water solutions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Procesy adsorpcyjne z wykorzystaniem uporządkowanych węgli mezoporowatych (OMC) mogą być stosowane do usuwania różnorodnych substancji organicznych z roztworów wodnych. Materiały te mają unikalne właściwości adsorpcyjne, wynikające z ich dużej powierzchni właściwej i dużej objętości porów, a ponadto zawierają jednorodne i dostępne pory o określonym wymiarze. Charakteryzują się także wysoką stabilnością termiczną i odpornością chemiczną. Ich bardzo dobrze rozwinięta i aktywna powierzchnia może być stosunkowo łatwo modyfikowana, co prowadzi do otrzymywania adsorbentów o pożądanych właściwościach. Uporządkowane mezoporowate materiały węglowe z funkcjonalnymi grupami mogą pełnić rolę zaawansowanych materiałów do oczyszczania wody. Materiały te, po adsorpcji szkodliwych substancji, mogą być regenerowane za pomocą ekstrakcji, np. etanolem, toluenem lub przez termiczne wygrzewanie. Zachowują przy tym w dużym stopniu pojemność adsorpcyjną materiału wyjściowego. Uporządkowane węgle mezoporowate z nanocząstkami niklu lub żelaza są bardzo interesującymi materiałami adsorpcyjnymi z uwagi na ich właściwości magnetyczne, dzięki którym możliwa jest ich łatwa separacja z oczyszczanego roztworu. Uporządkowane mezoporowate materiały węglowe mogą stać się adsorbentami następnej generacji. Być może zastąpią one klasyczne węgle aktywne stosowane do adsorpcyjnego oczyszczania wody.

EN

Adsorption processes involving ordered mesoporous carbons (OMCs) can be applied to removal of various organic substances from water solutions. These materials possess unique adsorption properties resulting from their large specific surface area and high pore volume. Furthermore, they exhibit uniform and accessible pores of desired sizes as well as demonstrate high thermal stability and chemical inertness. Their well-developed and active surface can be easily modified, allowing synthesis of adsorbents with desired properties. Ordered mesoporous carbon materials with functional groups may serve as advanced materials for water treatment. These materials, following adsorption of harmful substances, may regenerate via extraction, e.g. with ethanol or toluene or via thermal treatment. Their initial adsorption capacity of a starting material remains mostly unchanged. Ordered mesoporous carbons containing nickel or iron nanoparticles are very interesting adsorption materials due to their magnetic properties that allow easy separation from the solution being purified. Ordered mesoporous carbon materials may become adsorbents of the next generation. They are likely to replace classic active carbons used for adsorption-based water treatment procedures.

Słowa kluczowe

PL

materiały węglowe; otrzymywanie; właściwości adsorpcyjne; oczyszczanie wody; usuwanie substancji organicznych

EN

carbon materials; synthesis; adsorption properties; water treatment; organics removal

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 35, nr 3
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Jedynak K.

• Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Zakład Chemii Fizycznej, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce

autor

Choma J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Zakład Chemii, ul. Generała Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• 1. J. CHOMA, A. ŻUBROWSKA, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Adsorption properties of phenolic resin-based mesoporous carbons obtained by using mixed templates of Pluronic F127 and Brij 58 or Brij 78 polymers. Adsorption 2010, Vol. 16, pp. 377–383.
• 2. C. LIANG, Z. LI, S. DAI: Mesoporous carbon materials: Synthesis and modification. Angewandte Chemie. International Edition 2008, Vol. 47, pp. 3696–3717.
• 3. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK: Mezoporowate węgle: Synteza i właściwości. Wiadomości Chemiczne 2008, vol. 61, nr 5–6, ss. 373–402.
• 4. J. GÓRKA, M. JARONIEC, J. CHOMA: Fizykochemiczne właściwości mezoporowatych węgli z nanocząstkami zawierającymi żelazo i nikiel otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania (Physicochemical properties of soft-templated mesoporous carbons with iron- and nickel-containing nanoparticles). Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 2, ss. 3–9.
• 5. R. RYOO, S.H. JOO, S. JUN: Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. The Journal of Physical Chemistry B 1999, Vol. 103, pp. 7743–7746.
• 6. Y. MENG, D. GU, F.Q. ZHANG, Y.F. SHI, L. CHENG, D. FENG, Z.X. WU, Z.X. CHEN, Y. WAN, A. STEIN, D.Y. ZHAO: A familly of highly ordered mesoporous polymer resin and carbon structures from organic-organic self-assembly. Chemistry of Materials 2006, Vol. 18, pp. 4447–4464.
• 7. C. LIU, L. LI, H. SONG, X. CHEN: Facile synthesis of ordered mesoporous carbons from F108/resorcinol–formaldehyde composites obtained in basic media. Chemical Communications 2007, Vol. 7, pp. 757–759.
• 8. C. LIANG, S. DAI: Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen-bonding interaction. Journal of the American Chemical Society 2006, Vol. 128, pp. 5316–5317.
• 9. J. CHOMA: Zastosowanie nanoporowatych materiałów do oczyszczania wody (Application of nanoporous materials in water treatment). Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 4, ss. 15–22.
• 10. X. ZHUANG, Y. WAN, C. FENG, Y. SHEN, D. ZHAO: Highly efficient adsorption of bulky dye molecules in wastewater on ordered mesoporous carbons. Chemistry of Materials 2009, Vol. 21, pp. 706–716.
• 11. X. YUAN, S.-P. ZHUO, W. XING, H.-Y. CUI, X.-D. DAI, X.-M. LIU, Z.-F. YAN: Aqueous dye adsorption on ordered mesoporous carbons. Journal of Colloid and Interface Science 2007, Vol. 310, pp. 83–89.
• 12. D.D. ASOUHIDOU , K.S. TRIANTATYLLIDIS, N.K. LAZARIDIS, K.A. MATIS, S.-S. KIM, T.J. PINNAVAIA: Sorption of reactive dyes from aqueous solutions by ordered hexagonal and disordered mesoporous carbons. Microporous and Mesoporous Materials 2009, Vol. 117, pp. 257–267.
• 13. Y. TIAN, P. LIU, X. WANG, H. LIN: Adsorption of malachite green from aqueous solutions onto ordered mesoporous carbons. Chemical Engineering Journal 2011, Vol. 171, pp. 1263–1269.
• 14. G.-P. HAO, W.-C. LI, S. WANG, S. ZHANG, A.-H. LU: Tubular structured ordered mesoporous carbon as an efficient sorbent for the removal of dyes from aqueous solutions. Carbon 2010, Vol. 48, pp. 3330–3339.
• 15. X. DONG , J. FU, X. XIONG, CH. CHEN: Preparation of hydrophilic mesoporous carbon and its application in dye adsorption. Materials Letters 2011, Vol. 65, pp. 2486–2488.
• 16. Y. TIAN, X. WANG, Y. PAN: Simple synthesis of Ni-containing ordered mesoporous carbons and their adsorption/desorption of methylene orange. Journal of Hazardous Materials 2012, Vol. 213–214, pp. 361–368.
• 17. N. LIU, L. YIN, L. ZHANG, CH. WANG, N. LUN, Y. QI, C. WANG: Ferromagnetic Ni decorated ordered mesoporous carbons as magnetically separable adsorbents for methyl orange. Materials Chemistry and Physics 2011, Vol. 131, pp. 52–59.
• 18. B.CH. KIM, J.LEE, W. UM, J. KIM, J. JOO, J.H. LEE, J.H. KWAK, J.H. KIM, CH. LEE, H. LEE, R.S. ADDLEMAN, T. HYEON, M.B. GU, J. KIM: Magnetic mesoporous materials for removal of environmental wastes. Journal of Hazardous Materials 2011, Vol. 192, pp. 1140–1147.
• 19. D.V. SRIHARI-SHUTOSH: Adsorption of phenol from aqueous media by an agro-waste (hemidesmus indicus) based activated carbon. Applied Ecology and Environmental Research 2011, Vol. 7, No. 1, pp. 13–23.
• 20. Q. SUI, J. HUANG, Y. LIU, X. CHANG, G. JI, S. DENG, T. XIE, G. YU: Rapid removal of bisphenol A on highly ordered mesoporous carbon. Journal of Environmental Sciences 2011, Vol. 23, No. 2, pp. 177–182.
• 21. G. LIU, S. ZHENG, D.YIN, Z. XU, J. FAN, F. JIANG: Adsorption of aqueous alkylphenol ethoxylate surfactants by mesoporous carbon CMK-3. Journal of Colloid and Interface Science 2006, Vol. 302, pp. 47–53.
• 22. Y. WAN, X. CUI, Z. WEN: Ordered mesoporous carbon coating on cordierite: Synthesis and application as an efficient adsorbent. Journal of Hazardous Materials 2011, Vol. 198, pp. 216–223.
• 23. B. BABIĆ, M. KOKUNEŠOSKI, M. MILJKOVIĆ, B. MATOVIĆ, J. GULICOVSKI, M. STOJMENOVIĆ, D. BUĆEVAC: New mesoporous carbon materials synthesized by a templating procedure. Ceramics International 2013, Vol. 39, pp. 4035-4043.
• 24. Y. CHI, W. GENG, L. ZHAO, X. YAN, Q. YUAN, N. LI, X. LI: Comprehensive study of mesoporous carbon functionalized with carboxylate groups and magnetic nanoparticles as a promising adsorbent. Journal of Colloid and Interface Science 2012, Vol. 369, pp. 366–372.
• 25. M. ANBIA, S.E. MORADI: Adsorption of naphthalene-derived compounds from water by chemically oxidized nanoporous carbon. Chemical Engineering Journal 2009, Vol. 148, pp. 452–458.
• 26. X. LING, J. LI, W. ZHU, Y. ZHU, X. SUN, J. SHEN, W. HAN, L. WANG: Synthesis of nanoscale zero-valent iron/ordered mesoporous carbon for adsorption and synergistic reduction of nitrobenzene. Chemosphere 2012, Vol. 87, pp. 655–660.
• 27. N.F. NEJAD, E. SHAMS, M.K. AMINI, J.C. BENNETT: Ordered mesoporous carbon CMK-5 as a potential sorbent for fuel desulfurization: Application to the removal of dibenzothiophene and comparison with CMK-3. Microporous and Mesoporous Materials 2013, Vol. 168, pp. 239–246.
• 28. N.F. NEJAD, E. SHAMS, M.K. AMINI, J.C. BENNETT: Synthesis of magnetic mesoporous carbon and its application for adsorption of dibenzothiophene. Fuel Processing Technology 2013, Vol. 106, pp. 376–384.