Adsorpcja fenoli z roztworów wodnych na pylistych węglach aktywnych

• Autorzy: Dąbek L. , Kuśmierek K. , Świątkowski A.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.2.5

Warianty tytułu

EN

Adsorption of phenols from aqueous solutions on powdered activated carbons

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy porównano właściwości adsorpcyjne dwóch pylistych węgli aktywnych (L2S i SX2) o zbliżonych właściwościach fizykochemicznych jako adsorbentów do usuwania fenolu i 4-krezolu z roztworów wodnych. Zbadano kinetykę adsorpcji, adsorpcję w warunkach równowagowych oraz wpływ pH roztworu. Adsorpcja obydwu adsorbatów przebiegała zgodnie z modelem kinetycznym pseudo 2. rzędu, a w warunkach równowagowych była dobrze opisana równaniem izotermy Langmuira. W każdym przypadku 4-krezol adsorbował się szybciej i z większą wydajnością niż fenol. Różnice w pojemnościach adsorpcyjnych poszczególnych pylistych węgli aktywnych były niewielkie. Adsorpcja utrzymywała się na stałym poziomie w środowisku o pH od 2 do 8, jej znaczny spadek był obserwowany w wysokich wartościach pH (> 8), powyżej wartości pK_a adsorbatów i pH_PZC adsorbentów.

EN

The adsorption process by solid adsorbents is one of the most efficient methods for the removal of organic pollutants from water. Adsorption is attractive for its relative flexibility and simplicity of design, low cost, ease of operation and regeneration. Activated carbons are now the most commonly used adsorbents of proven adsorption efficiency for organic compounds due to their physicochemical properties including specific surface area, pore volume, pore size distribution and surface chemistry. For water treatment on a commercial scale granular activated carbon is most commonly used. In this paper the adsorption of phenol (Ph) and 4-cresol (4K) from aqueous solutions on powdered activated carbons (PAC) was studied. As adsorbents, two activated carbons L2S and SX2 with similar physicochemical properties were used. The adsorption was studied in a batch adsorption system, including both kinetics and equilibrium. The kinetics was fitted with the pseudo-first order and pseudo- second order models. The adsorption kinetics was found to follow the pseudo-second order model with the coefficient of determination values greater than 0.99. The adsorption isotherms were determined and modeled with the Freundlich and Langmuir equations. The equilibrium data obtained for both adsorbates were better described by the Langmuir model than by the Freundlich isotherm model. It was found that the 4K was adsorbed better than Ph on both adsorbents. The adsorption capacities of the L2S and SX2 activated carbons towards phenols were comparable. The values of the Langmuir adsorption capacity qm for phenol were 1.634 and 1.591 mmol/dm³ for the L2S and SX2 activated carbons, respectively. The qm values for 4-cresol were 1.885 and 1.844 mmol/dm³ for the L2S and SX2, respectively. The influence of solution pH on the adsorption was also investigated. The adsorption of the Ph and 4K was almost constant from the pH 2 to 8, and decreased significantly with further increase in the pH (above the pK_a of the adsorbates and pH_PZC of the adsorbents).

Słowa kluczowe

PL

fenol; 4-krezol; adsorpcja; pylisty węgiel aktywny

EN

phenol; 4-cresol; adsorption; powdered activated carbon

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 2
• Strony: 217--226
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Dąbek L.

• Politechnika Świętokrzyska, Katedra Inżynierii i Ochrony Środowiska, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

autor

Kuśmierek K.

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

autor

Świątkowski A.

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

Bibliografia

• [1] Dąbrowski A., Podkościelny P., Hubicki Z., Barczak M., Adsorption of phenolic compounds by activated carbon - a critical review, Chemosphere 2005, 58, 1049-1070.
• [2] Foo K.Y., Hameed B.H., Detoxification of pesticide waste via activated carbon adsorption process, Journal of Hazardous Materials 2010, 175, 1-11.
• [3] Soto M.L., Moure A., Dominguez H., Parajo J.C., Recovery, concentration and purification of phenolic compounds by adsorption: A review, Journal of Food Engineering 2011, 105, 1-27.
• [4] Moreno-Castilla C., Adsorption of organic molecules from aqueous solutions on carbon materials, Carbon 2004, 42, 83-94.
• [5] Dąbrowska L., Ocena przydatności pylistego węgla aktywnego do wspomagania procesu koagulacji, [w:] Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008, 282-288.
• [6] Szlachta M., Adamski W., Wykorzystanie adsorpcji na pylistym węglu aktywnym do usuwania rozpuszczonych substancji organicznych z wody, Ochrona Środowiska 2009, 31(2), 61-66.
• [7] Kulikowska D., Sułek P., Usuwanie zanieczyszczeń organicznych z odcieków składowiskowych metodą adsorpcji na pylistym węglu aktywnym. Część I, Efektywność procesu, Czasopismo Techniczne, Środowisko 2008, 105(1), 89-98.
• [8] Świątkowski A., Kuśmierek K., Porównanie węgla aktywnego i nanorurek węglowych jako adsorbentów do usuwania 2,4-dichlorofenolu z wody, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2013, 16(3), 293-301.
• [9] Kuśmierek K., Świątkowski A., Syga P., Dąbek L., Influence of chlorine atom number in chlorophenols molecules on their adsorption on activated carbon, Fresenius Environmental Bulletin 2014, 23(3a), 947-951.
• [10] Kuśmierek K., Sankowska M., Skrzypczyńska K., Świątkowski A., The adsorptive properties of powdered carbon materials with a strongly differentiated porosity and their applications in electroanalysis and SPME-GC, Journal of Colloid and Interface Science 2015, 446, 91-97.
• [11] Kuśmierek K., Świątkowski A., Kamiński W., Adsorpcja 4-chlorofenolu z roztworów na mieszanych adsorbentach: węgiel aktywny - nanorurki węglowe, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2015, 18(3), 373-383.
• [12] Lota G., Centeno T.A., Frackowiak E., Stoeckli F., Improvement of the structural and chemical properties of a commercial activated carbon for its application in electrochemical capacitors, Electrochimica Acta 2008, 53, 2210-2216.
• [13] Lagergren S., Theorie der sogenannten Adsorption geloester Stoffe, Vetenskapsakad Handlung 1898, 24, 1-39.
• [14] Ho Y.S., McKay G., Pseudo-second-order model for sorption processes, Process Biochemistry 1999, 34, 451-465.
• [15] Liu F.Q., Xia M.F., Yao S.L., Li A.M., Wu H.S., Chen J.L., Adsorption equilibria and kinetics for phenol and cresol onto polymeric adsorbents: Effects of adsorbents/adsorbates structure and interface, Journal of Hazardous Materials 2008, 152, 715-720.
• [16] Huang J., Treatment of phenol and p-cresol in aqueous solution by adsorption using a carbonylated hypercrosslinked polymeric adsorbent, Journal of Hazardous Materials 2009, 168, 1028-1034.
• [17] Ayranci E., Duman O., Adsorption behaviors of some phenolic compounds onto high specific area activated carbon cloth, Journal of Hazardous Materials 2005, B124, 125-132.
• [18] Tseng R.L., Wu P.H., Wu F.C., Juang R.S., A convenient method to determine kinetic parameters of adsorption processes by nonlinear regression of pseudo-nth-order equation, Chemical Engineering Journal 2014, 237, 153-161.
• [19] Wang W., Pan S., Xu R., Zhang J., Wang S., Shen J., Competitive adsorption behaviors, characteristics, and dynamics of phenol, cresols, and dihydric phenols onto granular activated, Desalination and Water Treatment 2015, 56(3), 770-778.
• [20] Lorenc-Grabowska E., Diez M.A., Gryglewicz G., Influence of pore size distribution on the adsorption of phenol on PET-based activated carbons, Journal of Colloid and Interface Sciences 2016, 469, 205-212.
• [21] Freundlich H.M.F., Über die Adsorption in Lösungen, Zeitschrift für Physikalische Chemie 1906, 57, 385-470.
• [22] Langmuir I., The constitution and fundamental properties of solids and liquids, Journal of the American Chemical Society 1916, 38, 2221-2295.
• [23] 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.

Uwagi

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