Adsorpcja acetonu na materiałach ilastych

• Autorzy: Pliś I. , Warzybok M. , Prokop W. , Petrus R. , Warchoł J.

Warianty tytułu

EN

Acetone adsorption onto clay minerals

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było porownanie adsorpcji par acetonu na węglu aktywnym i naturalnych adsorbentach opartych na bentonicie. Naturalny bentonit poddano chemicznej modyfikacji poprzez dealuminację kwasem HCl, wymianę jonową solami: chlorkiem cezu (CsCl) i bromkiem tetrametyloamoniowym (TMA-Br) oraz interkalację. Otrzymane adsorbenty zastosowano do adsorpcji par acetonu. Badania przeprowadzono w warunkach kolumnowych w specjalnie do tego celu zbudowanej instalacji laboratoryjnej, składającej się z butli zawierającej mieszaninę par acetonu w azocie o danym stężeniu, kolumny wypełnionej badanym adsorbentem, przepływomierza oraz analizatora stężeń. Pomiar stężenia acetonu na wylocie z kolumny wykonano (on-line) techniką chromatografii gazowej. Badania przeprowadzono w temperaturze otoczenia pod ciśnieniem atmosferycznym dla wejściowego stężenia acetonu równego 200 ppm. Na materiale modyfikowanym TMA-Br wyznaczono izotermę adsorpcji, którą wykorzystano do modelowania równowagi adsorpcji. Zastosowano równania empiryczne dwu-, troj- i czteroparametrowe.

EN

The aim of the present work was to compare adsorption of acetone vapors on activated carbon and natural adsorbents based on bentonite. Natural bentonite was chemically modified by acidic dealumination using HCl, by cationic exchange with cesium chloride (CsCl) and tetramethylammonium bromide (TMA-Br) salts and by intercalation. There were determined basic physical and chemical properties of the adsorbents and the investigation for acetone adsorption capacity was carried out. For comparative purposes, also active carbon (AC) was tested. The research was realized in a self-made system consisting of a bottle with acetone-nitrogen mixture with given concentration, fixed-bed column with tested adsorbent, flowmeter and concentration analyzer. Concentrations on column inlet and outlet were monitored on-line using gas chromatography technique. The tests were implemented on 0.5 g samples of active carbon, natural bentonite (B) and four modified bentonites: one treated with hydrochloric acid (B-HCl), two modified with Cs⁺ and TMA⁺ cations (B-Cs, B-TMA) and one intercalated. Samples were previously dried at 150°C for one hour. The tests were performed for atmospheric pressure, ambient temperature and inlet acetone concentration of 200 ppm. The amounts adsorbed by examined materials were calculated with integral method on the basis of obtained breakthrough curve. Non-modified bentonite (B) had much lower acetone adsorption capacity than modified ones. The determined acetone adsorption capacity followed the order: B-int > B-TMA > B-Cs > B-HCl > B. Using specific method of chemical modification, the acetone adsorption capacity level compared to AC was reached. Surface area (ABET) of AC was 10-times greater than ABET of B-TMA, but in comparison with B-TMA the adsorption capacity of AC was only doubled. Therefore, ABET should not be the only factor determining acetone adsorption onto modified bentonite, but also chemical character of the adsorbent surface ought to be taken into consideration. The isotherm for B-TMA was examined in the temperature of 30°C for vapor pressure range of 0 to 0.5 P/P0. In order to perform modeling of adsorption equilibrium, there were used obtained equilibrium concentrations of acetone in solid and gaseous state. Two-, three- and four-parametric empirical equilibrium models were applied. The non-linear curve fitting was carried out using the Levenberg-Marquardt algorithm. The relationship between two variables (experimental and theoretically predicted) was assessed by the Fisher test, the mean error and the approximation of standard deviation. The best criteria value of statistical tests proved that the best approximation of experimental data was obtained for the Redlich-Peterson model. Moreover, this model reflected the best approximation of experimentally obtained maximum adsorption capacity value (q_m,_exp). The value of parameter n (n ≠ 1) implied heterogeneity of the B-TMA adsorbent surface and/or multilayer adsorption.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; aceton; bentonit; modyfikacja chemiczna; interkalacja

EN

adsorption; acetone; bentonite; chemical modification; intercalation

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 18, nr 2
• Strony: 233--243
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Pliś I.

• OTTO Engineering Polska Sp. z o.o., ul. Połonińska 15, 35-082 Rzeszów

autor

Warzybok M.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Zakład Oczyszczania i Ochrony Wód, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów

autor

Prokop W.

• OTTO Engineering Polska Sp. z o.o., ul. Połonińska 15, 35-082 Rzeszów

autor

Petrus R.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów

autor

Warchoł J.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Zakład Oczyszczania i Ochrony Wód, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Parlament Europejski i Rada Unii Europejskiej. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola) z dnia 24 listopada 2010.
• [2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji.
• [3] Odom I.E., Smectite clay minerals: Properties and uses, Philos. T. Roy. Soc. A. 1984, 311, 1517, 391-409.
• [4] Ayodele O.B., Hameed B.H., Synthesis of copper pillared bentonite ferrioxalate catalyst for degradation of 4-nitrophenol in visible light assisted Fenton proces, J. Ind. Eng. Chem. 2013, 19, 3, 966-974.
• [5] Elkhalifah A.E.I., Maitra S., Bustam M.A., Murugesan T., Effects of exchanged ammonium cations on structure characteristics and CO2 adsorption capacities of bentonite clay, App. Clay Sci. 2013, 83-84, 391-398.
• [6] Bergaya F., Theng B.K.G., Lagaly G., Handbook of Clay Science: Cation and Anion Exchange, Elsevier Ltd., London 2006.
• [7] Derkowski A., Franus W., Beran E., Czimerova A., Properties and potential applications of zeolitic materials produced from fly ash using simple method of synthesis, Powder Technol., 2006, 166, 1, 47-54.
• [8] Qu F., Zhu L., Yang K. Adsorption behaviors of volatile organic compounds (VOCs) on porous clay heterostructures (PCH), J. Hazard. Mater. 2009, 170, 7-12.
• [9] Nunes C.D., Pires J., Carvalho A.P., Jose Calhorda M., Ferreira P., Synthesis and characterisation of organo-silica hydrophobic clay heterostructures for volatile organic compounds removal, Micropor. Mesopor. Mat. 2008, 111, 612-619.
• [10] Nastaj J., Aleksandrzak T., Adsorption isotherms of water, propan-2-ol, and methylbenzene vapors on grade 03 silica gel, sorbonorit 4 activated carbon, and HiSiv 3000 zeolite, J. Chem. Eng. Data 2013, 58, 9, 2629-2641.
• [11] Temuujin J., Okada K., MacKenzie K.J.D., Preparation of porous silica from vermiculite by selective leaching, Appl. Clay. Sci. 2003, 22, 4, 187-195.
• [12] Brunauer S., The Adsorption of Gases and Vapours, Princeton University, Princeton 1945.