Zastosowanie metody adsorpcji błękitu metylenowego w badaniach powierzchni właściwej wybranych sorbentów

• Autorzy: Fronczyk J. , Garbulewski K. , Leszczyńska M. , Kiedryńska L.

Warianty tytułu

EN

Application of methylene blue adsorption method in testing specific surface area of selected sorbents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem przedstawionych w artykule badań była ocena możliwości wykorzystania do określania powierzchni właściwej sorbentów naturalnych i innych podobnych materiałów reaktywnych metody adsorpcji błękitu metylenowego (ABM). Metoda ta, jak pokazują wyniki przeprowadzonych badań, jest tania, niezbyt czasochłonna i daje miarodajne wartości powierzchni właściwej. Metodę ABM zastosowano do określenia powierzchni właściwej zeolitu ukraińskiego i słowackiego oraz mieszanek zeolitowo-piaskowych (10,20,50, 80% zeolitu). Badane materiały proponowane są do zastosowania w przepuszczalnych barierach reaktywnych zabezpieczających środowisko gruntowo-wodne przed zanieczyszczeniem odciekami ze składowisk odpadów. Poza prostą metodą ABM zastosowano w badaniach metodę adsorpcji azotu (AA), która wymaga specjalistycznej aparatury. Nie zaobserwowano znaczących różnic wartości powierzchni właściwej badanych materiałów uzyskanych z obu metod. W przypadku metody ABM konieczne jest przeprowadzanie badań na materiale sproszkowanym, ponieważ w innym przypadku otrzymane wartości są wyraźnie mniejsze od uzyskanych z innych metod. W przepuszczalnych barierach reaktywnych wykorzystuje się jako materiał reaktywny zeolit modyfikowany 5% NaCl. W tym przypadku wyniki badań wskazują na większe wartości powierzchni właściwej w porównaniu do materiału niemodyfikowanego. Z przeprowadzonych badań wynika, że prosta, nie wymagająca skomplikowanej aparatury i długiego czasu metoda ABM daje porównywalne wyniki z metodą AA. Jednakże, w przypadku metody AA możliwa jest szersza interpretacja wyników badań, np. uzyskanie dodatkowych danych o rozkładzie porów i ich wielkości.

EN

Specific surface area (SSA), defined as the total amount of all surfaces of all particles contained in a unit weight (or sometimes in a unit volume) of the porous medium, has meaningful effect on physico-chemical characteristics of porous medium, particularly on the fine grained soils. Many phenomena and processes which occur in the porous medium, such as sorption of organic and inorganic substances, ion exchange, retention and groundwater movement, swelling and shrinking and many other depend very much upon the extent of the surfaces exposed. In general, there are several methods and approaches available for determining the SSA of soils and minerals. However, many recently developed methods require to much specialized apparatus and are too time-consuming. It is here pointed out that the obtained SSA varies from method to method. Therefore, it is advisable in engineering practise to measure the SSA of soils and minerals as well as sorbents by more simple and rapid methods. The present study was undertaken to compare the capabilities of two well known methods: N: adsorption and methylene blue-spot test (MB-st). These methods were applied to determinate the SSA of the Ukrainian and Slovak zeolite and zeolite-sand blends (10, 20, 50, 80% of zeolite). Materials applied in the tests are proposed to fill permeable reactive barriers (PRB) in vicinity of landfills. The first of mentioned methods uses the ASAP 2010 V4.00 apparatus (Micrometritics). The theoretical basis upon which the ASAP operates is the BTE and Langmuir approaches. The SSA value is determined from the relationship between the applied pressure and volume of gas imposed into the specimen. The second method consists in sample mixing with deionized water and adding carefully methylene blue, then removing a small drop and placing onto filter paper. The unadsorbed methylene blue forms a permanent blue halo around the soil aggregate spot onto the filter paper. No significant differences were observed between N2 SSA and MB-st tests for materials tested. The MB-spot test method is simpler than the N2 SSA method, it can be easily applicable in the laboratory because of no need of specialized equipment. The interpretation possibility of results from N2 adsorption method is much wider in comparison to MB-st method. The characterization of the pore Structure of material is the focus of this method: specific surface, volume of pores and function schedule of volume of pores. Performed tests shown that Important is to use the powdered material in MB methods because in the case of granular material the results of SSA are considerably smaller. Zeolite used as a reactive material in permeable reactive barriers is usually regenerated with 5% NaCl. Presctsce of Na ions can cause receiving greater SSA value in comparison to no regenerated materials because of faster exchange between Na-ion and methylene blue.

Słowa kluczowe

PL

powierzchnia właściwa; metoda adsorpcji błękitu metylenowego; metoda adsorpcji azotu; zeolit; mieszanki zeolitowo-piaskowe

EN

specific surface area; methylene blue adsorption method; N2 adsorption method; zeolites; zeolite-sand blends

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 10, nr 1
• Strony: 45--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Fronczyk J.

autor

Garbulewski K.

autor

Leszczyńska M.

autor

Kiedryńska L.

• SGGW, Katedra Geoinżynierii, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa

Bibliografia

• [1] Jumikis A.R., Soil Mechanics, Robert E. Krieger Publishing Company, Inc., Florida 1984.
• [2] Carter D.L., Mortland M.M., Kemper W.D., Specific surface. Chapter 16 in Methods of Soil Analysis, Part 1. Physical and Mineralogical Methods, Agronomy Monograph 1986, 9, 413-423.
• [3] Myślińska E., Mała encyklopedia gruntoznawstwa, BELStudio, Warszawa 2003.
• [4] Kozeny J., Über kapillare Leitung des Wassers im Boden, Sitz. der Wien. Akad. der Wissenschaften 1927, 136(2a),271.
• [5] Carman P.C., The determination of the specific surface of powders, J. Soc. Chem. Ind. Trans. 1938,57,225.
• [6] Carman P.C., Flow of gases through porous media, Academic Press, New York 1956.
• [7] Carrier III W.D., Goodby, Hazen; Hello, Kozeny-Carman, J. Geotech. and Geoenvir. Eng. 2003, 129,11, 1054-1056.
• [8] Burt T.A., Li Z., Bosman R.S., Evaluation of granular surfactant-modified/zeolite zero valent iron pellets as a reactive material for perchloroethylene reduction, Journal of Environmental Engineering 2005, 131, 6, 934-942.
• [9] Ambrosini G., Stengel R.H., An extensive test programme for permeable reactive barrier. Proc. of XIII'1' European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Geotechnical problems with man-made and man influenced ground, Praga 2003, Volume 1. 297-302.
• [10] Czurda K.A., Haus R., Reactive barriers with fly ash zeolites for in situ ground water remediation, Applied Clay Science 2002, 21, 13-20.
• [11] PEREBAR, Reactive materials and attenuation processes for permeable reactive barriers, 2000, National Technical University of Athens, EVKl-CT-1999-00035.
• [12] Yukselen Y., Kaya A., Comparison of Methods for Determination Specific Surface Area of Soils, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 2006, 132, 7, 931-936.
• [13] Grabowska-Olszewska B., Metody badań gruntów spoistych, Wyd. trzecie, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1990.
• [14] Woinarski A.Z., Snape I., Stevens G.W., Stark S.C., The effects of cold temperature on cooper ion exchange by natural zeolite for use in a permeable reactive barrier in Antarctica, Cold Regions Science and Technology 2003. 37, 159-168.
• [15] Norma PN-88/B-04481, Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
• [16] Ościk J., Adsorpcja, PWN, Warszawa 1973.
• [17] Brunauer S., Emmett P.H., Teller E., Adsorption of gases in multi-molecular layers, J. Am. Chem. Soc. 1938,60,309-319.
• [18] Choma J., Jaroniec M., Podstawowe metody adsorpcyjne stosowane do oceny powierzchniowych i strukturalnych właściwości węgli aktywnych, Ochrona Środowiska 2005, 27, 3, 3-8.
• [19] Kruk M., Jaroniec M., Gas adsorption of orderes organic-inorganic nanocomposite materials, Chem. Mater. 2001, 13, 10, 3169-3183.