Adsorpcja chloro- i nitrofenoli z roztworów wodnych na sferycznych węglach aktywnych

• Autorzy: Lorenc-Grabowska E. , Gryglewicz G.

Warianty tytułu

EN

Adsorption of chloro- and nitrophenols from aqueous solutions on spherical activated carbons

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano przydatność sferycznych węgli aktywnych (SWA) do usuwania 2-chlorofenolu (OCF), 4-chlorofenolu (PCF) i 4-nitrofenolu (PNF) z roztworów wodnych. Materiałem wyjściowym do preparatyki węgli SWA były aglomeraty węglowe o kształcie kulistym z procesu aglomeracji rozdrobnionego węgla gazowo-koksowego z olejami roślinnymi. Właściwości adsorpcyjne sferycznych węgli aktywnych (AGL3, AGL4) względem wybranych pochodnych fenolu porównano z właściwościami granulowanego węgla aktywnego WD-extra, stosowanego w technologii oczyszczania wody. Wyznaczono izotermy adsorpcji i zinterpretowano je na podstawie równań Langmuira i Freundlicha. Proces adsorpcji PCF i PNF na sferycznych węglach aktywnych i węglu WD-extra, w zakresie stężeń równowagowych do 80 mg/dm3 , dobrze opisuje równanie Langmuira. W zakresie wyższych stężeń równowagowych stwierdzono odmienny mechanizm adsorpcji 2-chlorofenolu na badanych węglach aktywnych w porównaniu z 4-chlorofenolem i 4-nitrofenolem. Adsorpcja OCF przebiegała zgodnie z modelem Langmuira jedynie w zakresie niskich stężeń równowagowych, do 25 mg/dm3 dla SWA i do 60 mg/dm3 dla węgla WD-extra. Ze względu na wysoką wartość pH wyciągu wodnego węgla WD-extra (9,78), znacznie przekraczającą pKa 4-nitrofenolu (7,15), proces adsorpcji PNF na tym węglu prowadzono, korygując pH roztworu i utrzymując na poziomie 6,3÷6,4. Wartość pH wyciągu wodnego sferycznych węgli aktywnych w porównaniu z węglem WD-extra była znacznie niższa i mieściła się w zakresie 7,06÷7,21, co ma związek z blisko 4-krotnie niższą zawartością substancji mineralnej w węglach SWA. Stwierdzono, że w warunkach stosowanych w pracy sferyczny węgiel aktywny AGL3 odznaczał się porównywalną do węgla aktywnego WD-extra skutecznością w usuwaniu OCF i PNF.

EN

The feasibility of spherical activated carbons (SACs) in removing 2-chlorophenol (OCP), 4-chlorophenol (PCP) and 4-nitrophenol (PNP) from aqueous solutions was estimated. Coal agglomerate granules of spherical shape obtained from agglomeration process of finely powdered gas-coking coal with vegetable oils were used as an initial material for the preparation of spherical activated carbons. Coal agglomerates were subjected to carbonization and subsequently, activation with steam at 850oC in a rotary kiln. The adsorptive properties of spherical activated carbons (AGL3, AGL4) in terms of phenolic compounds were compared with those of commercial activated carbon (WD-extra). WD-extra carbon in comparison to the SACs showed much better developed porous structure, i.e., nearly twice higher surface area SBET and a higher pore volume. The adsorption of chloro- and nitrophenols was studied under static conditions. The adsorption isotherms were determined and interpreted on the base of Langmuir and Freundlich equations. The adsorption of PCP and PNP on spherical activated carbons and WD-extra carbon fits very well the Langmuir equation in a wide range of equilibrium concentration of solutions, up to 80 mg/dm3. The correlation coefficient was in the range of 0.980÷0.998. At high concentrations of the solute the adsorption behavior of OCP was found to be different in comparison to PCP and PNP. The adsorption of OCP obeys the Langmuir equation only at low equilibrium concentration for SACs, up to around 25 mg/dm3, and at a higher concentration up to around 60 mg/dm3 for WD-extra. It was observed a reciprocal relationship between the solution pH, the pKa of the phenolic compound, the porous structure of the adsorbent and the sorption capacity of the activated carbon studied. Due to a high pH of the WD-extra slurry (9.78) which exceeds the value of pKa of PNP (7.15), the adsorption of PNP was carried out with the pH control during the process to maintain the pH on the level of 6.3÷6.4. The adsorption of phenolic compounds on the SACs did not require the control of solution pH. The pH of the SACs slurry was a marked lower compared with WD-extra carbon and ranged between 7.06÷7.21 as a consequence nearly 4 fold lower ash content of the SACs obtained. It was found that in the adsorption process conditions used in this work, the AGL3 carbon showed a comparable effectiveness in removing OCP and PNP from aqueous solutions to the commercial activated carbon studied.

Słowa kluczowe

PL

węgiel aktywny; pochodne fenolu; adsorpcja

EN

activated carbon; phenolic compounds; adsorption

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2002
• Tom: T. 5, nr 2
• Strony: 125--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lorenc-Grabowska E.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Chemii i Technologii Nafty i Węgla, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wroclaw

autor

Gryglewicz G.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Chemii i Technologii Nafty i Węgla, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wroclaw

Bibliografia

• [1] Caturla F., Martin-Martinez J.M., Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinosof., Torregrosa R., Adsorption or substituted phenols on activated carbon, J. Colloid Interface Sci. 1988, 124, 2, 528-534.
• [2] Rivera-Utrilla J., Utrera-Hidalgo E., Ferro-Garcia M.A., Moreno-Castilla C., Comparison of activated carbons prepared from agricultural raw materials and Spanish lignite when removing chlorophenols from aqueous solutions, Carbon 1991, 29, 4/5, 613-619.
• [3] Moreno-Castilla C., Rivera-Utrilla J., Lopez-Ramon M.V., Carrasco-Marin F., Adsorption of some substituted phenols on activated carbons from a bituminous coal, Carbon 1995, 33, 6, 845-851.
• [4] Haghseresht F., Lu G.Q., Adsorption characteristics of phenolic compounds onto coal-rejectderived adsorbents, Energy Fuels 1998, 12, 6, 1100-1107.
• [5] Vidic R.D., Tesser C.H., Uranowski L.J., Impact of surface properties of activated carbons on oxidative coupling of phenolic compounds, Carbon 1997, 35, 9, 1349-1359.
• [6] Karimi-Jashni A., Narbaitz R.M., Impact of pH on the adsorption and desorption kinetics of 2-nitrophenol on activated carbon, Wat. Res. 1997, 31, 12, 3039-3044.
• [7] Stoeckli F., Lopez-Ramon M.V., Moreno-Castilla C., Adsorption of phenolic compounds from aqueous solutions, by activated carbons, described by the Dubinin-Astakhov equation, Langmuir 2001, 17, 11,3301-3306.
• [8] Grabas K., Gryglewicz G., Stolarski M., Lorenc E., Otrzymywanie sferycznych sorbentów z węgli bitumicznych metodą olejowej aglomeracji, Inż. i Ochr. Śród. 2000, 3, 3-4, 343-352.
• [9] Gregg S.J., Sing K.S.W., Adsorption, surface area and porosity, Academic Press, London 1997.
• [10] Ościk J., Adsorpcja, PWN, Warszawa 1983.
• [11] Radovic L.R., Moreno-Castilla C., Rivera-Utrilla J., Carbon materials as adsorbents in aqueous solutions, (w:) Chemistry and physics of carbon, ed. L.R. Radovic, Marcel Dekker, New York 2001, 27, 227-405