Adsorpcja fenolu i jonów miedzi(II) na sferycznym węglu aktywnym utlenianym nadtlenodisiarczanem(VI) diamonu

• Autorzy: Dąbek L. , Kuśmierek K. , Świątkowski A.

Warianty tytułu

EN

Adsorption of phenol and copper(ii) ions on spherical activated carbon oxidized with ammonium persulfate

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano adsorpcję fenolu i jonów miedzi(II) z modelowych roztworów wodnych na sferycznym węglu aktywnym utlenianym nadtlenodisiarczanem(VI) diamonu w różnych warunkach. Do oceny stopnia modyfikacji węgla wykorzystano analizę elementarną oraz izotermy adsorpcji pary wodnej i benzenu. Wykazano, że adsorpcję fenolu i jonów Cu(II) z roztworów wodnych można dobrze opisać modelami izoterm Freundlicha i Langmuira. Stwierdzono, że adsorpcja fenolu zmniejszała się wraz ze wzrostem stopnia utlenienia węgla i spadkiem jego powierzchni właściwej. Adsorpcja jonów Cu(II) zwiększała się wraz ze wzrostem stopnia utlenienia powierzchni węgla aktywnego, wykazując dużą rolę kwasowych grup tlenowych w adsorpcji jonów metalu na drodze wymiany jonowej. Wykazano również, że nadtlenodisiarczan(VI) diamonu okazał się bardzo skutecznym utleniaczem, gdyż nawet utlenianie węgla w najbardziej łagodnych warunkach (stężenie 0,1 mol/dm3, czas 30 min) dało znaczące zwiększenie ilości związanego tlenu (ok. 3,4-krotne) oraz znaczące zwiększenie ilości adsorbowanych jonów miedzi(II), przy stosunkowo niedużym zmniejszeniu ilości adsorbowanego fenolu.

EN

Adsorption of phenol and copper(II) ions from model aqueous solutions on spherical activated carbon oxidized with ammonium persulfate under various conditions was investigated. Elemental analysis and adsorption isotherms of water and benzene vapors were employed to assess the extent of modifications of the activated carbon surface. It was demonstrated that adsorption of phenol and Cu(II) ions from aqueous solutions could be well described by the Freundlich and Langmuir isotherm models. Adsorption of phenol decreased with the increasing degree of carbon oxidation as well as its decreasing specific surface area. Adsorption of the Cu(II) ions increased with the increasing degree of carbon surface oxidation indicating an important role of acidic groups in adsorption of metal ions by ion-exchange mechanism. Furthermore, ammonium persulfate was demonstrated to be an efficient oxidizing agent as carbon oxidation under even the mildest conditions (0.1 mol/dm3, 30 min) led to a significant increase in the oxygen bound (about 3-4 times) as well as the Cu(II) ions adsorbed. The amount of the adsorbed phenol decreased only slightly.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie wody; adsorpcja fenolu; miedź(II); sferyczny węgiel aktywny; utleniony węgiel aktywny; nadtlenodisiarczan diamonu

EN

water treatment; adsorption; phenol; copper(II); spherical activated carbons; oxidized activated carbon; ammonium persulfate

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 40, nr 4
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dąbek L.

• Politechnika Świętokrzyska, Wydział Inżynierii Środowiska, Geomatyki i Energetyki, Katedra Technologii Wody i Ścieków, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

autor

Kuśmierek K.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Zakład Chemii, ul. gen. Witolda Urbanowicza 2, 00-908 Warszawa

autor

Świątkowski A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Zakład Chemii, ul. gen. Witolda Urbanowicza 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• 1. R. C. BANSAL, M. GOYAL: Adsorpcja na węglu aktywnym. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2009.
• 2. J. S. MATTSON, H. B. MARK, Jr., M. D. MALBIN, W. J. WEBER, Jr., J. C. CRITTENDEN: Surface chemistry of active carbon: specific adsorption of phenols. Journal of Colloid and Interface Science 1969, Vol. 31, No. 1, pp. 116–130.
• 3. O. P. MAHAJAN, C. MORENO-CASTILLA, P. L. WALKER JR.: Surface-treated activated carbon for removal of phenol from water. Separation Science and Technology 1980, Vol. 15, No. 10, pp. 1733–1752.
• 4. I. I. SALAME, T. J. BANDOSZ: Role of surface chemistry in adsorption of phenol on activated carbons. Journal of Colloid and Interface Science 2003, Vol. 264, No. 2, pp. 307–312.
• 5. B. ÖZKAYA: Adsorption and desorption of phenol on activated carbon and a comparison of isotherm models. Journal of Hazardous Materials 2006, Vol. B129, pp. 158–163.
• 6. V. FIERRO, V. TORNE-FERNANDEZ, D. MONTANE, A. CELZARD: Adsorption of phenol onto activated carbons having different textural and surface properties. Microporous and Mesoporous Materials 2008, Vol. 111, No. 1–3, pp. 276–284.
• 7. B. H. HAMEED, A. A. RAHMAN: Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption onto activated carbon prepared from biomass material. Journal of Hazardous Materials 2008, Vol. 160, No. 2–3, pp. 576–581.
• 8. U. BEKER, B. GANBOLD, H. DERTLI, D. D. GUBAYIR: Adsorption of phenol by activated carbon: Influence of activation methods and solution pH. Energy Conversion and Management 2010, Vol. 51, No. 2, pp. 235–240.
• 9. E. LORENC-GRABOWSKA, K. TORCHAŁA, J. MACHNIKOWSKI: Usuwanie fenolu na węglach aktywnych otrzymanych z paku antracenowego. Inżynieria i Ochrona Środowiska 2013, vol. 16, nr 3, ss. 303–312.
• 10. L. DĄBEK: Zastosowanie sorpcji i zaawansowanego utleniania do usuwania fenoli i ich pochodnych z roztworów wodnych. Rocznik Ochrona Środowiska 2015, vol. 17, ss. 616–645.
• 11. K. KUŚMIEREK, A. ŚWIĄTKOWSKI, K. SKRZYPCZYŃSKA, S. BŁAŻEWICZ, J. HRYNIEWICZ: The effects of the thermal treatment of activated carbon on the phenols adsorption. Korean Journal of Chemical Engineering 2017, Vol. 34, No. 4, pp. 1081–1090.
• 12. A. BIAŁEK, K. KUŚMIEREK, A. ŚWIĄTKOWSKI: Adsorpcja i desorpcja fenolu, 2,4-dichlorofenolu i kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego z roztworów wodnych na węglach aktywnych. Przemysł Chemiczny 2017, vol. 96, nr 10, ss. 2140–2144.
• 13. A. DĄBROWSKI, P. PODKOŚCIELNY, Z. HUBICKI, M. BARCZAK: Adsorption of phenolic compounds by activated carbon – a critical review. Chemosphere 2005, Vol. 58, No. 8, pp. 1049–070.
• 14. S. BINIAK, M. PAKUŁA, G. S. SZYMAŃSKI, A ŚWIĄTKOWSKI: Effect of activated carbon surface oxygen- and/ or nitrogen-containing groups on adsorption of copper(II) ions from aqueous solution. Langmuir 1999, Vol. 15, No. 18, pp. 6117–6122.
• 15. J. P. de MESQUITA, P. B. MARTELLI, H. de FÁTIMA GORGULHO: Characterization of copper adsorption on oxidized activated carbon. Journal of the Brazilian Chemical Society 2006, Vol.17, No. 6, pp. 1133–1143.
• 16. T. LUPASCU, G. PETUKHOVA, M. CIOBANU, V. BOTSANA: Adsorption of the Cu2+ ions from aqueous solutions on the active carbon oxidized with hydrogen peroxide and impregnated with nitrogen-containing compounds. Russian Chemical Bulletin 2008, Vol. 57, No. 12, pp. 2467–2471. 17. D. D. MILENKOVIĆ, M. M. MILOSAVLJEVIĆ, A. D. MARINKOVIĆ, V. R. DOKIĆ, J. Z. MITROVIĆ, A. L. J. BOJIĆ: Removal of copper(II) ion from aqueous solution by high-porosity activated carbon. Water SA 2013, Vol. 39, No. 4, pp. 515–522.
• 18. H. LIU, S. FENG, N. ZHANG, X. DU, Y. LIU: Removal of Cu(II) ions from aqueous solution by activated carbon impregnated with humic acid. Frontiers of Environmental Science & Engineering 2014, Vol. 8, No. 3, pp. 329–336.
• 19. J. SONG, R. ZHANG, K. LI, B. LI, C. TANG: Adsorption of copper and zinc on activated carbon prepared from Typha latifolia L. Clean – Soil, Air, Water 2015, Vol. 43, No. 1, pp. 79–85.
• 20. H. DEMIRAL, C. GUNGOOR: Adsorption of copper(II) from aqueous solutions on activated carbon prepared from grape bagasse. Journal of Cleaner Production 2016, Vol. 124, pp. 103–113.
• 21. F. FU, Q. WANG: Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review. Journal of Environmental Management 2011, Vol. 92, No. 3, pp. 407–418.
• 22. T. Y. KIM, S. Y. CHO, S. J. KIM: Adsorption equilibrium and kinetics of copper ions and phenol onto modified adsorbents. Adsorption 2011, Vol. 17, No. 1, pp. 135–143.
• 23. Q. LIU, B. YANG, L. ZHANG, R. HUANG: Simultaneous adsorption of phenol and Cu2+ from aqueous solution by activated carbon/chitosan composite. Korean Journal of Chemical Engineering 2014, Vol. 31, No. 9, pp. 1608–1615.
• 24. L. DĄBEK, K. KUŚMIEREK, A. ŚWIĄTKOWSKI, U. JAWORSKA: Ocena właściwości adsorpcyjnych granulowanego węgla aktywnego po kilkuletniej eksploatacji w zakładzie oczyszczania wody (Adsorption capacity assessment of granular active carbon after several years of operation in a water treatment plant). Ochrona Środowiska 2016, vol. 38, nr 4, ss. 53–56.
• 25. J. LAHAYE, G. NANSE, A. BAGREEV, V. STRELKO: Porous structure and surface chemistry of nitrogen containing carbons from polymers. Carbon 1999, Vol. 37, No. 4, pp. 585–590.
• 26. M. PAKUŁA, S. BINIAK, A. ŚWIĄTKOWSKI, S. NEFFE: Influence of progressive surface oxidation of nitrogen-containing carbon on its electrochemical behaviour in phosphate buffer solutions. Carbon 2002, Vol. 40, No. 11, pp. 1873–1881.
• 27. J. KAŹMIERCZAK, S. BINIAK, A. ŚWIĄTKOWSKI, K.-H. RADEKE: Interdependence of different parameters characterizing the chemistry of an activated carbon surface. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1991, Vol. 87, No. 21, pp. 3557–3561.
• 28. M. M. DUBININ, E. D. ZAVERINA, V. V. SERPINSKY, The sorption of water vapour by active carbon. Journal of the Chemical Society 1955, pp.1760–1766.
• 29. S. ROSIŃSKI, D. LEWIŃSKA, W. PIĄTKIEWICZ: Application of mass transfer coefficient approach for ranking of active carbons designed for hemoperfusion. Carbon 2004, Vol. 42, No. 11, pp. 2139–2146.
• 30. H. FREUNDLICH: Über die Adsorption in Lösungen. Zeitschrift für Physikalische Chemie 1906, Vol. 57, S. 385–470.
• 31. I. LANGMUIR: The constitution and fundamental properties of solids and liquids. Journal of the American Chemical Society 1916, Vol. 38, No. 11, pp. 2221–2295.
• 32. A. P. TERZYK, G. RYCHLICKI, Mechanizmy adsorpcji fenoli roztworów wodnych na węglach aktywnych. Mat. konf. „Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle”, Politechnika Częstochowska, Białowieża 2006, ss. 120–127.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).