Struktura porowata i chemia powierzchni węgli aktywnych modyfikowanych kwasami nieorganicznymi

• Autorzy: Repelewicz M. , Jedynak K. , Choma J.

Warianty tytułu

EN

Porous structure and surface chemistry of active carbons modified with inorganic acids

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano wpływ kwasów nieorganicznych na strukturę porowatą oraz charakter chemiczny powierzchni handlowego węgla aktywnego WG-12 (Gryfskand, Hajnówka). Modyfikacja polegała na traktowaniu węgla WG-12 na gorąco kwasami HCl, HNO3, HCl+HF, HCl+HNO3 oraz HCl+HF+HNO3. Standardowe parametry struktury porowatej modyfikowanych węgli aktywnych obliczono na podstawie niskotemperaturowych izoterm adsorpcji azotu oraz za pomocą pomiarów gęstości rzeczywistej i pozornej. Charakter chemiczny powierzchni węgli aktywnych analizowano metodą Boehma i metodą TGA. Wykazano, że modyfikacja węgla aktywnego WG-12 kwasami w znaczący sposób wpłynęła na charakter chemiczny jego powierzchni. Zastosowane substancje modyfikujące spowodowały wzrost za-wartości grup funkcyjnych o charakterze kwasowym - największy w przypadku traktowania węgla aktywnego na gorąco kwasem azotowy(V). Wzrost stężenia grup o charakterze kwasowym zaobserwowano również w przypadku węgli aktywnych modyfikowanych najpierw HCl i HCl+HF, a następnie HNO3. Najmniejszy wpływ na zmianę właściwości kwasowych węgla aktywnego miało działanie nań HCl oraz mieszaniną HCl i HF. Modyfikacja węgla aktywne-go WG-12 za pomocą kwasów wpłynęła również na zmianę jego struktury porowatej, co objawiało się zmniejszeniem powierzchni właściwej (SBET) i całkowitej objętości porów. Na podstawie wyznaczonych izoterm adsorpcji azotu badane węgle uszeregowano w kolejności ich zdolności adsorpcyjnych. Największe pogorszenie właściwości adsorpcyjnych stwierdzono w przypadku węgla modyfikowanego kwasem azotowym(V) po wcześniejszej modyfikacji kwasami nieutleniającymi HCl i HF. Było to wynikiem znacznego zmniejszenia się porowatości na wskutek częściowego utlenienia węgla.

EN

The effect of inorganic acids on the porous structure and chemical properties of the surface of the commercial active carbon WG-12 (Gryfskand, Hajnowka) was examined. Modification was carried out at the boiling point by the use of the following acids: HCl, HNO3, HCl+HF, HCl+HNO3, and HCl+HF+HNO3. The standard parameters of the porous structure were calculated using low-temperature nitrogen adsorption isotherms and the measured values of apparent and effective density. The chemical properties of the surface were estimated by Boehm's method and thermogravimetry. It has been demonstrated that the modification of the active carbon WG-12 with acids exerted a strong influence on the chemical character of its surface. The modifying substances applied accounted for an increase in the concentration of the acid functional groups. The increase was particularly distinct when use was made of nitric acid at the boiling point. The same pattern was observed during modification of the carbon with HCl and HCl+HF followed by modification with HNO3. The use of HCl or the mixture of HCl and HF had the poorest effect on the acid properties of WG-12. The modification with inorganic acids also impacted on the pore structure of the carbon, which manifested in the reduction of the specific surface area (SBET) and total pore volume. Making use of the nitrogen adsorption isotherms, the carbons examined were ordered according to their adsorptive properties. The largest deterioration of the adsorptive properties was observed when the carbons were modified with HNO3 after previous modification with non-oxidant acids. This is attributable to the considerable reduction in porosity resulting from the partial oxidation of the carbon.

Słowa kluczowe

PL

węgiel aktywny; modyfikacja; struktura porowata; kwasy nieorganiczne; utlenianie

EN

active carbon; modification; porous structure; inorganic acids; oxidation

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 45--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Repelewicz M.

autor

Jedynak K.

autor

Choma J.

• Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Instytut Chemii, ul. Świętokrzyska 15G, 25-416 Kielce,

Bibliografia

• 1. J. CHOMA, M. JARONIEC, M. KLOSKE: Zastosowanie uporządkowanych nanomateriałów krzemionkowych i węglowych w inżynierii środowiska. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 3, ss. 3–12.
• 2. H. TAMON, M. OKAZAKI: Influence of acidic surface oxides activated carbon on gas adsorption characteristics. Carbon 1996, Vol. 34, No. 6, pp. 741–746.
• 3. C. MORENO-CASTILLA, F. CARRSCO-MARIN, F.J. MALDONADO-HODAR, J. RIVIERA-UTRILLA: Effects of non-oxidant and oxidant acid treatments on the surface properties of an activated carbon with very low ash content. Carbon 1998, Vol. 36, No. 1–2, pp. 145–151.
• 4. S. BINIAK, G.S. SZYMAŃSKI, J. SIEDLEWSKI, A. ŚWIĄTKOWSKI: The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups. Carbon 1997, Vol. 35, No. 12, pp. 1799–1810.
• 5. A. ABDEL-NASSER, EL-HENDAWY: Influence of HNO3 oxidation on the structure and adsorptive properties of corncob-based activated carbon. Carbon 2003, Vol. 41, No. 4, pp. 713–722.
• 6. M.F.R. PEREIRA, S.F. SOARES, J.J.M. ORFAO, J.L. FIGU-EIREDO: Adsorption of dyes on activated carbons: influence of surface chemical groups. Carbon 2003, Vol. 41, No. 4, pp. 811–821.
• 7. S. HAYDAR, C. MORENO-CASTILLA, M.A. FERRO-GARCIA, F. CARASCO-MARIN, J. RIVIERA-UTRILLA, A. PERRARD, J.P. JOLY: Regularities in the temperature-programmed desorption spectra of CO2 and CO from activated carbons. Carbon 2000, Vol. 38, No. 9, pp. 1297–1308.
• 8. C. NAMASIVAYAM, K. KADIRVELU: Uptake of mercury(II) from wastewater by activated carbon from an unwanted agricultural solid by-product: coirpith. Carbon 1999, Vol. 37, No. 1, pp. 79–84.
• 9. C. C.LENG, N.G. PINTO: Effects of surface properties of activated carbons on adsorption behavior of selected aromatics. Carbon 1997, Vol. 35, No. 9, pp. 1375–1385.
• 10. D. M.NEVSKAIA, A. SANTIANES, V. MUÑOZ, A. GUERRERO-RUÍZ: Interaction of aqueous solutions of phenol with commercial activated carbons: an adsorption and kinetic study. Carbon 1999, Vol. 37, No. 7, pp. 1065–1074.
• 11. A. BAGREEV, T.J. BANDOSZ, D.C. LOCKE: Pore structure and surface chemistry of adsorbents obtained by pyrolysis of sludge-derived fertilizer. Carbon 2001, Vol. 39, No. 13, pp. 1971–1979.
• 12. I.I. SALAMME, T.J. BANDOSZ: Surface chemistry of activated carbons: Combining the results of temperature-programmed desorption, Boehm, and potentiometric titrations. J. Coloid Inter. Sci. 2001, Vol. 240, No. 1, pp. 252–258.
• 13. B.K. PRADHAN, N.K. SANDLE: Effect of different oxidizing agent treatments on the surface properties of activated carbons. Carbon 1999, Vol. 37, No. 8, pp. 1323–1332.
• 14. J.L. FIGUEIREDO, M.F.R. PEREIRA, M.M.A. FREITAS, J.J.M. ORFAO: Modification of the surface chemistry of activated carbons. Carbon 1999, Vol. 37, No. 9, pp. 1379–1389.
• 15. Informator firmy GRYFSKAND, Hajnówka 2000 (praca niepublikowana).
• 16. G.S. SZYMAŃSKI, Z. KARPIŃSKI, S. BINIAK, A. ŚWIĄTKOWSKI: The effect of the gradual thermal decomposition of surface oxygen species on the chemical and catalytic properties of oxidized activated carbon. Carbon 2002, Vol. 40, No. 14, pp. 2627–2639.
• 17. K. KAMEGAWA, K. NISHIKUBO, M. KODAMA, Y. ADACHI: Oxidative degradation of carbon blacks with nitric amid II. Formation of water-soluble polynuclear aromatic compounds. Carbon 2002, Vol. 40, No. 9, pp. 1447–1455.
• 18. A.E. AKSOYLU, M. MADALENA, A. FREITAS, M.F.R. PEREIRA, J.L. FIGUEIREDO: The effects of different activated carbon supports and modifications on the properties of Pt/AC catalysts. Carbon 2001, Vol. 39, No. 2, pp. 175–185.
• 19. M.V. LOPEZ-RAMON, F. STOECKLI, C. MORENO-CASTILLA, F. CARASCO-MARIN: On the characterization of acidic and basic surface sites on carbons by various techniques. Carbon 1999, Vol. 37, No. 8, pp. 1215–1221.
• 20. A. CONTESCU, M. VASS, C. CONTESCU, K. PUTYERA, J.A. SHAWA: Acid buffering capacity of basic carbons revealed by their continuous pK distribution. Carbon 1998, Vol. 36, No. 3, pp. 247–258.
• 21. A. BISMARCK, C. WUERTZ, J. SPRINGER: Basic surface oxides on carbon fibers. Carbon 1999, Vol. 37, No. 7, pp. 1019–1027.
• 22. J. CHOMA, M. REPELEWICZ: Termodynamiczna charakterystyka chemiczna modyfikowanych węgli aktywnych. Karbo 2006, nr 3, ss. 152–158.
• 23. J. KLINIK: Tekstura porowata ciał stałych. AGH, Kraków 2000.