Porównanie węgla aktywnego i nanorurek węglowych jako adsorbentów do usuwania 2,4-dichlorofenolu z wody

• Autorzy: Świątkowski A. , Kuśmierek K.

Warianty tytułu

EN

Comparison of Activated Carbon and Carbon Nanotubes as Adsorbents for the Removal of 2,4-dichlorophenol from Water

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem prezentowanej pracy było porównanie węgla aktywnego i nanorurek węglowych jako adsorbentów do usuwania 2,4-dichlorofenolu z wody. Do badań wybrano węgiel aktywny L2S Ceca o powierzchni właściwej 945 m2/g oraz wielościenne nanorurki węglowe o niemodyfikowanej powierzchni (SBET = 181 m2/g). Zbadano zarówno kinetykę adsorpcji, jak i adsorpcję w stanie równowagi. 2,4-dichlorofenol adsorbował się szybciej na nanorurkach niż na węglu aktywnym, jednak z o wiele mniejszą skutecznością. Po osiągnięciu równowagi (po 2 godzinach) na nanorurkach zaadsorbowało się 19% chlorofenolu, natomiast na węglu aktywnym (po 5 godzinach) prawie 91%. Kinetyka przebiegała zgodnie z modelem pseudo II rzędu, współczynniki korelacji R2 wynosiły powyżej 0,99. Izotermy adsorpcji 2,4-dichlorofenolu w warunkach statycznych zostały opisane modelem Langmuira. Zastosowano pięć różnych form prostoliniowych równania Langmuira. Uzyskane wysokie wartości współczynników korelacji świadczą o dobrym dopasowaniu modelu teoretycznego do izoterm doświadczalnych. Wartości stałych qm są wielokrotnie wyższe dla węgla aktywnego niż nanorurek węglowych, co dowodzi, że 2,4-dichlorofenol adsorbuje się o wiele lepiej na węglu aktywnym niż na wielościennych nanorurkach węglowych.

EN

Adsorption is one of the well-established and effective techniques for the removal of chlorophenols from natural environment. The aim of the present study was to compare the activated carbon and carbon nanotubes as adsorbents for the removal of 2,4-dichlorophenol from water. As adsorbent the activated carbon L2S Ceca (SBET = 945 m2/g) and unmodified multi-walled carbon nanotubes (SBET = 181 m2/g) were chosen. Both the kinetic and adsorption equilibria were investigated. Adsorption quantities were determined by high- -performance liquid chromatography with diode-array detector. The kinetic experiments were carried out for initial concentration of 2,4-dichlorophenol 1.0 mmol/dm3 and 0.05 g of adsorbent. The results showed that 2,4-dichlorophenol was adsorbed more rapidly on carbon nanotubes than onto activated carbon. Adsorption equilibrium was achieved after 2 and about 5-6 hours on carbon nanotubes and activated carbon, respectively. In order to investigate the kinetics of adsorption of 2,4-dichlorophenol the constants were determined in terms of the pseudo-first-order and pseudo-second-order equations. The pseudo-second-order model fits the experimental data quite well with the correlation coefficients greater than 0.99. These results indicate that the adsorption system belongs to the second-order kinetic model. In adsorption isotherm studies, solutions of 2,4-dichlorophenol with different initial concentrations (0.1, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 mmol/dm3) were shaken for 3 hours (carbon nanotubes) or 6 hours (activated carbon). The adsorption data were analyzed by a regression analysis to fit the five linearized expressions of Langmuir isotherm model. The values of the coefficient of correlation (>0.99) obtained from Langmuir 1, 2 and 5 expressions indicate that there is strong positive evidence that the adsorption of 2,4-dichlorophenol on activated carbon and carbon nanotubes follows the Langmuir isotherm. The lower coefficient of correlation values for Langmuir 3 and 4 linear expressions, suggest that it is not appropriate to use this type of linearization. Significantly higher values of qm determined from the Langmuir plots indicate that the 2,4-dichlorophenol is adsorbed better on activated carbon than multi-walled carbon nanotubes.

Słowa kluczowe

PL

2,4-dichlorofenol; adsorpcja; węgiel aktywny; nanorurki węglowe

EN

2,4-dichlorophenol; adsorption; activated carbon; carbon nanotube

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 16, nr 3
• Strony: 293--301
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Świątkowski A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Chemii ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Kuśmierek K.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Chemii ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Czaplicka M., Sources and transformations of chlorophenols in the natural environment, Science of the Total Environment 2004, 322, 21-39.
• [2] Michałowicz J., The occurrence of chlorophenols, chlorocatechols and chlorinated methoxyphenols in drinking water of the largest cities in Poland, Polish Journal of Environmental Studies 2005, 14, 327-333.
• [3] Pera-Titus M., Garcia-Molina V., Banos M.A., Gimenez J., Esplugas S., Degradation of chlorophenols by means of advanced oxidation processes: a general review, Applied Catalysis B: Environmental 2004, 47, 219-256.
• [4] Olaniran A.O., Igbinosa E.O., Chlorophenols and other related derivatives of environmental concern: properties, distribution and microbial degradation processes, Chemosphere 2011, 83, 1297-1306.
• [5] Daifullah A.A.M., Girgis B.S., Removal of some substituted phenols by activated carbon obtained from agricultural waste, Water Research 1998, 32, 1169-1177.
• [6] Jung M.W., Ahn K.H., Lee Y., Kim K.P., Rhee J.S., Park J.T., Paeng K.J., Adsorption characteristics of phenol and chlorophenols on granular activated carbons (GAC), Microchemical Journal 2001, 70, 123-131.
• [7] Carrott P.J.M., Mourao P.A.M., Ribeiro Carrott M.M.L., Goncalves E.M., Separating surface and solvent effects and the notion of critical adsorption energy in the adsorption of phenolic compounds by activated carbons, Langmuir 2005, 21, 11863-11869.
• [8] Hamdaoui O., Naffrechoux E., Modeling of adsorption isotherms of phenol and chlorophenols onto granular activated carbon Part I. Two-parameter models and equations allowing determination of thermodynamic parameters, Journal of Hazardous Materials 2007, 147, 381-394.
• [9] Hameed B.H., Chin L.H., Rengaraj S., Adsorption of 4-chlorophenol onto activated carbon prepared from rattan sawdust, Desalination 2008, 225, 185-198.
• [10] Tseng R.L., Wu K.T., Wu F.C., Juang R.S., Kinetics studies on the adsorption of phenol, 4-chlorophenol, and 2,4-dichlorophenol from water using activated carbons, Journal of Environmental Management 2010, 91, 2208-2214.
• [11] Hossain G.S.M., McLaughlan R.G., Sorption of chlorophenols from aqueous solution by granular activated carbon, filter coal, pine and hardwood, Environmental Technology 2012, 33, 1839-1846.
• [12] Kuśmierek K., Sankowska M., Świątkowski A., Kinetic and equilibrium studies of simultaneous adsorption of monochlorophenols and chlorophenoxy herbicides on activated carbon, Desalination and Water Treatment 2013, in press, DOI: 10.1080/19443994.2013.780984.
• [13] Dąbek L., Ozimina E., Picheta-Oleś A., Wykorzystanie węgla aktywnego i nadtlenku wodoru w oczyszczaniu ścieków przemysłowych, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2011, 14(2), 181-189.
• [14] Yang K., Wu W., Jing Q., Zhu L., Aqueous adsorption of aniline, phenol, and their substitutes by multi-walled carbon nanotubes, Environmental Science & Technology 2008, 42(21), 7931-7936.
• [15] Yang K., Wu W., Jing Q., Jiang W., Xing B., Competitive adsorption of naphthalene with 2,4-dichlorophenol and 4-chloroaniline on multiwalled carbon nanotubes, Environmental Science & Technology 2010, 44(8), 3021-3027.
• [16] Abdel Salam M., Mokhtar M., Basahel S.N., Al-Thabaiti S.A., Obaid A.Y., Removal of chlorophenol from aqueous solutions by multi-walled carbon nanotubes: Kinetic and thermodynamic studies, Journal of Alloys and Compounds 2010, 500, 87-92.
• [17] Toth V.A., Torocsik A., Tombacz E., Laszlo K., Competitive adsorption of phenol and 3-chlorophenol on purified MWCNTs, Journal of Colloid and Interface Science 2012, 387, 244-249.
• [18] Kuśmierek K., Sankowska M., Świątkowski A., Adsorpcja dichlorofenoli z roztworów wodnych na wielościennych nanorurkach węglowych, Przemysł Chemiczny 2013, 92(7), 1257-1260.
• [19] Lagergren S., Theorie der sogenannten Adsorption geloester Stoffe, Vetenskapsakad Handling 1898, 24, 1-39.
• [20] Ho Y.S., McKay G., Pseudo-second-order model for sorption processes, Process Biochemistry 1999, 34, 451-465.
• [21] Langmuir I., The constitution and fundamental properties of solids and liquids, Journal of the American Chemical Society 1916, 38, 2221-2295.