Właściwości fizykochemiczne i sorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych przez aktywację skór owoców cytrusowych oraz niskiej jakości węgla brunatnego

• Autorzy: Nowicki P. , Kaźmierczak-Raźna J. , Pietrzak R.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.3.5

Warianty tytułu

EN

Physicochemical and sorption properties of activated carbons obtained from citrus fruit peels and low quality lignite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem węgli aktywnych ze skór owoców cytrusowych oraz niskiej jakości węgla brunatnego. Adsorbenty węglowe otrzymano na drodze aktywacji bezpośredniej prekursorów oraz aktywacji fizycznej karbonizatów za pomocą tlenku węgla(IV). Zbadano wpływ wariantu aktywacji na skład elementarny, parametry teksturalne i właściwości kwasowo-zasadowe wytworzonych materiałów węglowych, a także na efektywność usuwania tlenku azotu(IV) i siarkowodoru ze strumienia powietrza oraz jodu i błękitu metylenowego z roztworów wodnych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że produkty aktywacji charakteryzują się dość przeciętnie rozwiniętą powierzchnią właściwą mieszczącą się w przedziale od 107 do 527 m²/g i całkowitą objętością porów wynoszącą od 0,09 do 0,37 cm³/g. Wykazano również, że zarówno aktywacja bezpośrednia prekursorów, jak i aktywacja fizyczna karbonizatów za pomocą CO₂ prowadzi do uzyskania materiałów o wysokiej zawartości popiołu i wyraźnie zasadowym charakterze powierzchni. Przeprowadzone testy sorpcyjne wykazały ponadto, iż węgle otrzymane poprzez aktywację skór owoców cytrusowych oraz niskiej jakości węgla brunatnego charakteryzują się dobrymi zdolnościami sorpcyjnymi wobec zanieczyszczeń gazowych i ciekłych, w szczególności wobec tlenku azotu(IV) i jodu.

EN

Common citrus fruit peels (banana, grapefruit and orange) as well as low quality lignite were used as precursors for the preparation of cheap activated carbons. In the first step, each of the precursors was air-dried at 110°C, crushed and sieved to the grain size of 5÷6 mm. Next the crushed materials were divided into two parts and subjected to two different treatments: direct activation of the precursors with carbon dioxide or pyrolysis of raw materials followed by physical activation with carbon dioxide. The effect of two variants of thermo-chemical treatment on the elemental composition, textural parameters and acidicbasic character of the surface of adsorbents prepared has been tested. Finally, the activated carbons were tested as adsorbents against two very hazardous and widespread gas pollutants, namely nitrogen dioxide and hydrogen sulphide, as well as toward inorganic and organic liquid pollutants represented by iodine and methylene blue. Depending on the precursor as well as method of preparation, the final products were microporous or mesoporous activated carbons with rather poorly developed surface area ranging from 107 to 527 m²/g and total pore volume from 0.09 to 0.37 cm³/g, showing strongly basic character of the surface. The results obtained have also proved that a proper choice of activation procedure for biomass or low quality lignite allows to produce effective adsorbents with good sorption capacity toward gaseous and liquid pollutants, especially for nitrogen dioxide and iodine.

Słowa kluczowe

PL

skóry owoców cytrusowych; węgiel brunatny; aktywacja bezpośrednia; aktywacja fizyczna; usuwanie NO2; usuwanie H2S; adsorpcja z fazy ciekłej

EN

citrus fruit peels; lignite; direct activation; physical activation; NO2 removal; H2S removal; adsorption from liquid phase

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 3
• Strony: 341--352
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz.

Twórcy

autor

Nowicki P.

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

autor

Kaźmierczak-Raźna J.

• 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] Bansal R.C., Goyal M., Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis Group, Boca Raton 2005.
• [2] Rysiakiewicz-Pasek E., Vorobyova V.A., Gevelyuk S.A., Doycho I.K., Mak V.T., Effect of potassium nitrate treatment on the adsorption properties of silica porous glasses, J. Non-Cryst. Solids 2004, 345-346, 260-264.
• [3] Jamil T.S., Abdel Ghafar H.H., Ibrahim H.S., Abd El-Maksoud I.H., Removal of methylene blue by two zeolites prepared from naturally occurring Egyptian kaolin as cost effective technique, Solid State Sci. 2011, 13, 1844-1851.
• [4] Kopaς T., Non-isobaric adsorption analysis of SO2 on molecular sieve 13X and activated carbon by dynamic technique, Chem. Eng. Process. 1999, 38, 45-53.
• [5] 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.
• [6] Wiśniewska M., Urban T., Nosal-Wiercińska A., Zarko V., Gunko V., Comparison of stability properties of poly(acrylic acid) adsorbed on the surface of silica, alumina and mixed silicaalumina nanoparticles - application of turbidimetry method, Cent. Eur. J. Chem. 2014, 12(4), 476-479.
• [7] Gdula K., Dąbrowski A., Skwarek E., Synthesis, surface characterization and electrokinetic properties of colloidal silica nanoparticles with magnetic core, Adsorption 2016, 22(4-6), 681-688.
• [8] Borggaard O.K., Raben-Lange B., Gimsing A.L., Strobel B.W., Influence of humic substances on phosphate adsorption by aluminium and iron oxides, Geoderma 2005, 127, 270-279.
• [9] Chung T.W., Chung C.C., Increase in the amount of adsorption on modified silica gel by using neutron flux irradiation, Chem. Eng. Sci. 1998, 53, 2967-2972.
• [10] Bandosz T.J., Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation, Elsevier, Ltd, Oxford 2006.
• [11] Serp P., Figueiredo J.L., Carbon Materials for Catalysis, Wiley, New Jersey 2009.
• [12] Park S.J., Kim K.D., Influence of activation temperature on adsorption characteristics of activated carbon fiber composites, Carbon 2001, 39, 1741-1746.
• [13] Li Z., Jaroniec M, Comparative studies of carbon blacks by thermogravimetry and nitrogen adsorption, J. Colloid. Interf. Sci. 1999, 210, 200-206.
• [14] Lozano-Castello D., Alcaniz-Monge J., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Zhu W., Kapteijn F., Moulijn J.A., Adsorption properties of carbon molecular sieves prepared from an activated carbon by pitch pyrolysis, Carbon 2005, 43, 1643-1651.
• [15] Shaijumon M.M., Ramaprabhu S., Studies of yield and nature of carbon nanostructures synthesized by pyrolysis of ferrocene and hydrogen adsorption studies of carbon nanotubes, Int. J. Hydrogen Energy 2005, 30, 311-317.
• [16] Barczak M., Michalak-Zwierz K., Gdula K., Tyszczuk-Rotko K., Dobrowolski R., Dąbrowski A., Ordered mesoporous carbons as effective sorbents for removal of heavy metal ions, Micropor. Mesopot. Mat. 2015, 211, 162-173.
• [17] Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., The role of surface chemistry in catalysis with carbons, Catal. Today 2010, 150, 2-7.
• [18] Jurewicz K., Pietrzak R., Nowicki P., Wachowska H., Capacitance behaviour of brown coal based active carbon modified through chemical reaction with urea, Electrochim. Acta 2008, 53, 5469-5475.
• [19] Pietrzak R., Jurewicz K., Nowicki P., Babeł K., Wachowska H., Nitrogen-enriched bituminous coal based active carbons as materials for supercapacitors, Fuel 2010, 89, 3457-3467.
• [20] Nowicki P., The effect of mineral matter on the physicochemical and sorption properties of brown coal-based activated carbons, Adsorption 2016, 22(4-6), 561-569.
• [21] Lozano-Castello D., Lillo-Rodenas M.A., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Preparation of activated carbons from Spanish anthracite: I. Activation by KOH, Carbon 2001, 39, 741-749.
• [22] Wang T., Tan S., Liang Ch., Preparation and characterization of activated carbon from wood via microwave-induced ZnCl2 activation, Carbon 2009, 47(7), 1880-1883.
• [23] Khadiran T., Hussein M.Z., Zainal Z., Rusli R., Activated carbon derived from peat soil as a framework for the preparation of shape-stabilized phase change material, Energy 2015, 82, 468-478.
• [24] Gratuito M.K.B., Panyathanmaporn T., Chumnanklang R.-A., Sirinuntawittaya N., Dutta A., Production of activated carbon from coconut shell: optimization using response surface methodology, Bioresource Technol. 2008, 99, 4887-4895.
• [25] Kazmierczak-Razna J., Pietrzak R., The use of microwave radiation for obtaining carbonaceous adsorbents from biomass and their use in elimination of inorganic pollutants, Adsorption 2016, 22(4-6), 473-480.
• [26] 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.
• [27] 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, 420-430.
• [28] Hofman M., Pietrzak R., Adsorbents obtained from waste tires for NO2 removal under dry conditions at room temperature, Chem. Eng. J. 2011, 170, 202-208.
• [29] Nowicki P., Wachowska H., Pietrzak R., Active carbons prepared by chemical activation of plum stones and their application in removal of NO2, J. Hazard. Mater. 2010, 181, 1088-1094.
• [30] Boehm H.P., Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons, Carbon 1994, 32, 759-769.
• [31] Nowicki P., Supłat M., Przepiórski J., Pietrzak R., NO2 removal on adsorbents obtained by pyrolysis and physical activation of corrugated cardboard, Chem. Eng. J. 2012, 195-196, 7-14.
• [32] 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.

Uwagi

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