Węgle aktywne z pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej do usuwania ditlenku azotu

• Autorzy: Bazan A. , Nowicki P. , Pietrzak R.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.2.2

Warianty tytułu

EN

Activated carbons from residue after supercritical extraction for removal of nitrogen dioxide

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań, których celem było otrzymanie węgli aktywnych na drodze aktywacji fizycznej pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej szyszek chmielu oraz nagietka. Surowce roślinne pozyskano z Instytutu Nowych Syntez Chemicznych w Puławach. Materiały wyjściowe poddano w pierwszej kolejności procesowi karbonizacji w temperaturze 500ºC w atmosferze azotu. Otrzymane karbonizaty poddano następnie aktywacji fizycznej za pomocą ditlenku węgla w 700 i 800ºC. Zbadano wpływ temperatury aktywacji na właściwości fizykochemiczne otrzymanych węgli aktywnych. Materiały węglowe scharakteryzowano za pomocą niskotemperaturowej adsorpcji/desorpcji azotu oraz oznaczono zawartość powierzchniowych tlenowych grup funkcyjnych o charakterze kwasowym i zasadowym. Dla karbonizatów i węgli aktywnych przeprowadzono pomiary adsorpcji ditlenku azotu. Na podstawie badań stwierdzono, że produkty finalne charakteryzują się słabo rozwiniętą powierzchnią właściwą, mieszczącą się w przedziale od 2 do 413 m²/g, oraz wyraźnie zasadowym charakterem powierzchni. Wykazano, że temperatura aktywacji oraz obecność pary wodnej podczas adsorpcji NO₂ ze strumienia powietrza mają znaczący wpływ na zdolności sorpcyjne węgli aktywnych. Najwyższa pojemność sorpcyjna w warunkach wilgotnych wynosiła 72,1 mg/g_ads, natomiast w warunkach suchych 38,7 mg/g_ads. Uzyskane wyniki wykazały ponadto, iż niezbędna jest optymalizacja procesu wytwarzania adsorbentów, obejmująca dobór odpowiednich parametrów aktywacji oraz czynników aktywujących, w celu otrzymania węgli aktywnych o bardziej korzystnych parametrach teksturalnych.

EN

The aim of this study was to obtain activated carbons by physical activation of the waste left after supercritical extraction of marigold and hops, provided by the Institute of New Chemical Syntheses in Puławy (Poland). The precursors were first subjected to carbonisation at 500ºC in nitrogen atmosphere. The chars were next subjected to physical activation at 700 and 800ºC in carbon dioxide atmosphere. The effect of activation temperature on the physicochemical properties of the adsorbents prepared has been tested. The carbonaceous materials were characterised by low-temperature nitrogen sorption as well as determination of the number of surface oxygen groups. The sorption properties of the chars and activated carbons obtained were characterised by nitrogen dioxide adsorption. The results have shown that activated carbons are characterised by low developed surface area varying from 2 to 413 m²/g and show alkaline character of the surface. It has been proved that appropriate choice of the activation parameters and the presence of steam have a positive effect on adsorption of nitrogen dioxide by activated carbons obtained. The highest sorption capacity toward nitrogen dioxide in wet conditions was 72.1 mg/g_ads, while in dry conditions it was 38.7 mg/g_ads. The results have also shown that future research should be aimed at the optimum choice of the temperature of activation or activating agent in order to significantly improve the textural parameters of the activated carbons.

Słowa kluczowe

PL

pozostałość po ekstrakcji nadkrytycznej; węgiel aktywny; aktywacja fizyczna; adsorpcja NO2

EN

residue after supercritical extraction; activated carbons; physical activation; NO2 removal

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 2
• Strony: 183--193
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Bazan A.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Chemii Stosowanej, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań

autor

Nowicki P.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Chemii Stosowanej, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań

autor

Pietrzak R.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Chemii Stosowanej, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań

Bibliografia

• [1] Zhang K., Batterman S., Air pollution and health risks due to vehicle traffic, Sci. Total Environ. 2013, 450-451, 307-316.
• [2] Garg V.K., Kumar R., Gupta R., Removal of malachite green dye from aqueous solution by adsorption using agro-industry waste: a case study of Prosopis cineraria, Dyes Pigments 2004, 62, 1, 1-10.
• [3] Nowicki P., Kazmierczak J., Pietrzak R., Comparison of physicochemical and sorption properties of activated carbons prepared by physical and chemical activation of cherry stones, Powder Technol. 2015, 269, 312-319.
• [4] Morelli X., Rieux C., Cyrys J., Forsberg B., Slama R., Air pollution, health and social deprivation: A fine-scale risk assessment, Environ. Res. 2016, 147, 59-70.
• [5] Yener J., Kopac T., Dogu G., Dogu T., Dynamic analysis of sorption of Methylene Blue dye on granular and powdered activated carbon, Chem. Eng. J. 2008, 144, 400-406.
• [6] Dadfarnia S., Haji Shabani A.M., Moradi S.E., Emami S., Methyl red removal from water by iron based metal-organic frameworks loaded onto iron oxide nanoparticle adsorbent, Appl. Surf. Sci. 2015, 330, 85-93.
• [7] Pietrzak R., Bandosz T.J., Reactive adsorption of NO2 at dry conditions on sewage sludgederived materials, Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 21, 7516-7522.
• [8] Nowicki P., Skibiszewska P., Pietrzak R., Hydrogen sulphide removal on carbonaceous adsorbents prepared from coffee industry waste materials, Chem. Eng. J. 2014, 248, 208-215.
• [9] Dąbek L., Kulig E., Sorpcja jonów ołowiu(II) na węglu aktywnym w obecności kwasów humusowych, Inż. i Ochr. Środ. 2000, 3, 409-414.
• [10] Wiśniewska M., The temperature effect on the adsorption mechanism of polyacrylamide on the silica surface and its stability, Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 3094-3101.
• [11] Wiśniewska M., Szewczuk-Karpisz K., Removal possibilities of colloidal chromium(III) oxide from water using polyacrylic acid, Environ. Sci. Pollut. R. 2013, 20, 3657-3669.
• [12] Wang Y.X., Ngo H.H., Guo W.S., Preparation of a specific bamboo based activated carbon and its application for ciprofloxacin removal, Sci. Total Environ. 2015, 533, 32-39.
• [13] Shahkarami S., Azargohar R., Dalai AK., Soltan J., Breakthrough CO2 adsorption in bio-based activated carbons, J. Environ. Sci. 2015, 34, 68-76.
• [14] Bansal R.Ch., Goyal M., Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis Group. Boca Raton 2005.
• [15] Daud W.M.A.W., Ali W.S.W., Sulaiman M.Z., The effects of carbonization temperature on pore development in palm-shell-based activated carbon, Carbon 2000, 38, 1925-1932.
• [16] Lua Ach., Guo J., Activated carbon prepared from oil palm stone by one-step CO2 activation for gaseous pollutant removal, Carbon 2000, 38, 1089-1097.
• [17] Ling Tseng R., Physical and chemical properties and adsorption type of activated carbon prepared from plum kernels by NaOH activation, J. Hazard. Mater. 2007, 147, 1020-1027.
• [18] Foo K.Y., Hameed B.H., Preparation, characterization and evaluation of adsorptive properties of orange peel based activated carbon via microwave induced K2CO3 activation, Bioresource Technol. 2012, 104, 679-686.
• [19] Kaźmierczak J., Nowicki P., Pietrzak R., Sorption properties of activated carbons obtained from corn cobs by chemical and physical activation, Adsorption 2013, 19, 273-281.
• [20] Attia A.A., Girgis B.S., Fathy N.A., Removal of methylene blue by carbons derived from peach stones by H3PO4 activation: Batch and column studies, Dyes Pigments 2008, 76, 282-289.
• [21] Nowicki P., Bazan A., Kazmierczak-Razna J., Pietrzak R., Sorption properties of carbonaceous adsorbents obtained by pyrolysis and activation of pistachio nut shells, Adsorpt. Sci. Technol. 2015, 33(6-8), 581-586.
• [22] Gupta V.K., Nayak A., Agarwal S., Tyagi I., Potential of activated carbon from waste rubber tire for the adsorption of phenolics: Effect of pre-treatment conditions, J. Colloid. Interf. Sci. 2014, 417, 420-30.
• [23] Pietrzak R., Bandosz T.J., Activated carbons modified with sewage sludge derived phase and their application in the process of NO2 removal, Carbon 2007, 45, 2537-2546.
• [24] Brunner G., Supercritical fluids: technology and application to food processing, J. Food Eng. 2005, 67, 21-33.
• [25] Lang Q., Wai Ch.M., Supercritical fluid extraction in herbal and natural product studies - a practical review, Talanta 2001, 53, 771-782.
• [26] Perrut M., Supercritical fluid applications: Industrial developments and economic issues, Ind. Eng. Chem. Res. 2000, 39, 4531-4535.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.