Usuwanie barwników organicznych z roztworów wodnych w obecności substancji humusowych z użyciem pyłowego węgla aktywnego i nanorurek węglowych

• Autorzy: Szlachta M. , Wójtowicz P.

Warianty tytułu

EN

Removal of organic dyes from aquatic solution containing humic substances using activated carbon and carbon nanotubes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy poddano ocenie przydatność pyłowego węgla aktywnego i wielościennych nanorurek węglowych do usuwania syntetycznych barwników organicznych z roztworów modelowych zawierających substancje humusowe. W badaniach, jako substancje modelowe, wykorzystano kationowy barwnik – błękit metylenowy, anionowy barwnik – czerwień Kongo oraz substancje humusowe o masie cząsteczkowej w zakresie 150÷8000 Da. Testowane adsorbenty węglowe charakteryzowały się odmienną strukturą porowatą oraz różnym chemicznym charakterem powierzchni, co wpływało na ich powinowactwo do adsorbatów usuwanych z wodnych roztworów modelowych. Wykazano, że skuteczność adsorpcji błękitu metylenowego i czerwieni Kongo w dużym stopniu zależała od rodzaju zastosowanego adsorbentu oraz ilości substancji humusowych w wodzie. Ponadto potwierdzono, że stosowanie materiałów węglowych częściowo wysyconych substancjami humusowymi niekorzystnie wpływało na skuteczność adsorpcji barwników. Wykazano, że pyłowy węgiel aktywny był skuteczniejszym adsorbentem w usuwaniu błękitu metylenowego, natomiast w przypadku czerwieni Kongo lepsze efekty procesu adsorpcji uzyskano stosując nanorurki węglowe. Wzrost ilości substancji humusowych (określany jako RWO) w oczyszczanym roztworze z 1 mgC/dm3 do 30 mgC/dm3 skutkował większą adsorpcją błękitu metylenowego na badanych adsorbentach węglowych. Odnotowany przyrost skuteczności usuwania tego barwnika wynosił około 12% na pyłowym węglu aktywnym i 34% na nanorurkach węglowych. Badania z udziałem czerwieni Kongo wykazały mniejszy stopień usunięcia tego barwnika z roztworów zawierających większe ilości substancji humusowych na obu adsorbentach węglowych.

EN

The study aimed to assess suitability of multiwalled carbon nanotubes and powdered activated carbon for removal of synthetic organic dyes from model solutions containing humic substances. The model solution contained cationic dye methylene blue, anionic Congo Red and humic substances of molecular weight in the range from 150 to 8000 Da. The carbon adsorbents tested had a different porous structure and surface chemistry which influenced their affinity towards adsorbates removed from the aquatic model solutions. It was demonstrated that the efficacy of the methylene blue and Congo Red adsorption depended on the adsorbent type and the amount of humic substances in water. Further, application of adsorbents pre-loaded with humic substances adversely affected the efficacy of dye adsorption. Studies revealed that the powdered activated carbon was more effective in the methylene blue adsorption, while the carbon nanotubes – in the Congo Red removal. An increase of humic substances (known as DOC) from 1 to 30 mgC/dm3 enhanced the adsorption of methylene blue on the carbon adsorbents tested. The noted increase in efficacy of the dye removal was approximately 12% for the powdered activated carbon and 34% for the carbon nanotubes. The opposite trend was observed for Congo Red where the presence of humic substances adversely affected adsorption on the two carbon adsorbent types.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; błękit metylenowy; czerwień Kongo; substancje humusowe; rozpuszczony węgiel organiczny; pyłowy węgiel aktywny; nanorurki węglowe

EN

adsorption; methylene blue; Congo Red; humic substances; dissolved organic carbon; powdered activated carbon; carbon nanotube

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 40, nr 2
• Strony: 45--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szlachta M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Wójtowicz P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. R. M. CHRISTIE: Colour Chemistry. The Royal Society of Chemistry, Cambridge 2001.
• 2. A. REIFE, H. S. FREEMAN [Eds]: Environmental Chemistry of Dyes and Pigments. John Wiley & Sons, Inc. 1996.
• 3. L. PEREIRA, M. ALVES: Dyes – environmental impact and remediation. In: A. MALIK, E. GROHMANN [Es]: Environmental Protection Strategies for Sustainable Development. Strategies for Sustainability. Springer, Dordrecht 2012.
• 4. M. WAWRZKIEWICZ: Zastosowanie sorbentów różnego typu w procesie usuwania barwników z roztworów wodnych i ścieków przemysłowych. Przemysł Chemiczny 2012, vol. 91, nr 1, ss. 45–52.
• 5. F. M. CHEQUER, T. M. LIZIER, R. de FELÍCIO, M. V. ZANONI, H. M. DEBONSI, N. P. LOPES, R. MARCOS, D. P. de OLIVEIRA: Analyses of the genotoxic and mutagenic potential of the products formed after the biotransformation of the azo dye Disperse Red 1. Toxicology in Vitro 2011, Vol. 24, No. 3, pp. 2054–2063.
• 6. K. SCHNEIDER, C. HAFNER, I. JÄ GER: Mutagenicity of textile dye products. Journal of Applied Toxicology 2004, Vol. 24, pp. 83–91.
• 7. World Dyes & Organic Pigments – Demand and Sales Forecasts, Market Share, Market Size, Market Leaders. Freedonia Report 2015.
• 8. S. J. OLUSEGUN, L. F. de SOUSA LIMA, N. D. S. MOHALLEM: Enhancement of adsorption capacity of clay through spray drying and surface modification process for wastewater treatment. Chemical Engineering Journal 2018, Vol. 334, pp. 1719–1728.
• 9. B. MELLA, M. J. PUCHANA-ROSERO, D. E. S. COSTA, M. GUTTERRES: Utilization of tannery solid waste as an alternative biosorbent for acid dyes in wastewater treatment. Journal of Molecular Liquids 2017, Vol. 247, pp. 137–145.
• 10. K. Y. HOR, J. M. C. CHEE, M. N. CHONG, B. JIN, C. SAINT, P. E. POH, R. ARYAL: Evaluation of physicochemical methods in enhancing the adsorption performance of natural zeolite as low-cost adsorbent of methylene blue dye from wastewater. Journal of Cleaner Production 2016, Vol. 118, pp. 197–209.
• 11. W. T. MOOK, M. K. AROUA, M. SZLACHTA: Palm shellbased activated carbon for removing Reactive Black 5 dye: Equilibrium and kinetics studies. BioResources 2016, Vol. 11, No. 1, pp. 1432–1447.
• 12. J. CHOMA, M. CZUBASZEK, M. JARONIEC: Adsorpcja barwników z roztworów wodnych na węglach aktywnych (Adsorption of dyes from aqueous solutions on active carbons). Ochrona Środowiska 2015, vol. 37, nr 3, ss. 3–14.
• 13. P. J. H. HARRIS: Carbon Nanotube Science. Synthesis, Properties and Application. Cambridge University Press, Cambridge 2009.
• 14. S. IIJIMA: Helical microtubules of graphite carbon. Nature 1991, Vol. 354, pp. 56–58.
• 15. X. M. YAN, B. Y. SHI, J. J LU, C. H. FENG, D. S. WANG, H. X. TANG: Adsorption and desorption of atrazine on carbon nanotubes. Journal of Colloid and Interface Science 2008, Vol. 321, No. 1, pp. 30–38.
• 16. K. YANG, B. XING: Adsorption of fulvic acid by carbon nanotubes from water. Environmental Pollution 2009, Vol. 157, No. 4, pp. 1095–1100.
• 17. C. LU, Y. CHUNG, K. CHANG: Adsorption of trihalomethanes from water with carbon nanotubes. Water Research 2005, Vol. 39, No. 6, pp. 1183–1189.
• 18. A. K. DUTTA, U. K. GHORAI, K. K. CHATTOPADHYAY, D. BANERJEE: Removal of textile dyes by carbon nanotubes: A comparison between adsorption and UV assisted photocatalysis. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 2018, Vol. 99, pp. 6–15.
• 19. M. SHOUMAN, N . A. FATHY: Microporous nanohybrids of carbon xerogels and multi-walled carbon nanotubes for removal of rhodamine B dye. Journal of Water Process Engineering 2018, Vol. 23, pp. 165–173.
• 20. S. SABER-SAMAN DARI, S. SABER-SAMANDAR I, H. JONEIDI-YEKTA, M. MOHSENI: Adsorption of anionic and cationic dyes from aqueous solution using gelatin-based magnetic nanocomposite beads comprising carboxylic acid functionalized carbon nanotube. Chemical Engineering Journal 2017, Vol. 308, pp. 1133–1144.
• 21. K. B. TAN, M. VAKILI, B. A. HORRI, P. E. POH, A. Z. ABDULLAH, B. SALAMATINIA: Adsorption of dyes by nanomaterials: Recent developments and adsorption mechanisms. Separation and Purification Technology 2015, Vol. 150, pp. 229–242.
• 22. M. SZLACHTA, P. WÓJTOWICZ: Adsorption of methylene blue and Congo Red from aqueous solution by activated carbon and carbon nanotubes. Water Science and Technology 2013, Vol. 68, No. 10, pp. 2240–2248.

Uwagi

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