Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Elektrochemiczne zachowanie wielościennych nanorurek węglowych modyfikowanych amoniakiem

100%

Walczyk M. , Biniak S.

|

tom T. 16, nr 2

235--243

PL

Niemodyfikowane oraz utlenione wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) poddane zostały wygrzewaniu w temperaturze 500 oraz 900°C w strumieniu amoniaku. Wykonano badania fizykochemiczne, mające na celu ocenę jakościową efektów modyfikacji. Ponadto badano zachowanie elektrochemiczne uzyskanych materiałów węglowych metodą trójelektrodowej cyklowoltamperometrii w środowisku niewodnym, gdzie elektrodą pracującą była sedymentacyjna warstwa nanorurek węglowych. Wykazano, że azot wiąże się trwale z powierzchnią nanorurek, gdy wygrzewaniu w strumieniu amoniaku w temperaturze 500°C poddano wielościenne nanorurki wstępnie utlenione. Atomy azotu najprawdopodobniej wiążą się z powierzchnią w postaci soli amoniowych oraz amidów o różnej rzędowości. W tych warunkach prawdopodobnie część azotu jest wbudowana w struktury aromatyczne (aromatyczne heterocykliczne, azo-aromatyczne).

EN

Unmodified and oxidized multi walled carbon nanotubes (MWCNT) were heated (500°C and 900°C) in a stream of ammonia. The characteristics of the physicochemical properties of the samples obtained were estimated using various experimental methods. Cyclic voltammetry studies of nano-carbon electrodes in non-aqueous electrolyte were carried out to evaluate the electrochemical behavior of modified MWCNTs. The results of this work conclusively demonstrate the generation of nitrogen-containing moieties on the MWCNT surface only in case of heating at 500°C in a stream of ammonia previously oxidized carbon nanotubes. Probably the nitrogen atoms were bound to the nanotubes surface as ammonium salts, amides with different order of a nitrogen atom and aromatic structures (aromatic heterocyclic, azo-aromatic).

2

Wpływ modyfikacji powierzchni materiałów węglowych na proces adsorpcji jonów miedzi

100%

Walczyk M. , Biniak S.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2006

|

tom T. 9, nr 2

211-222

PL

Jako materiał wyjściowy zastosowano handlowy węgiel aktywowany NORIT ROW 0.8 supra, z którego za pomocą stężonych kwasów solnego i fluorowego usunięto prawie całkowicie zanieczyszczenia mineralne. Otrzymany preparat podzielono na sześć porcji, z których jedną pozostawiono bez dalszej modyfikacji (AW), natomiast pozostałe modyfikowano, stosując następujące procedury: wygrzewanie (3 godz., 673 K) w strumieniu wilgotnego powietrza (OWA), działanie (3 godz., 355 K) stężonym kwasem azotowym (ONA), wygrzewanie (3 godz., 673 K) w strumieniu mieszaniny (1:1) tlenu i amoniaku (OPA), wygrzewanie (3 godz., 1173 K) w strumieniu amoniaku (HTA), wygrzewanie (3 godz., 1173 K) w próżni (HTV). Powierzchnię i podstawową strukturę porowatą otrzymanych próbek węglowych określono w oparciu o niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji-desorpcji azotu. Wykazano, że różnice w wielkości wewnętrznej powierzchni właściwej wyznaczonej metodą BET (SBET) modyfikowanych węgli są rzędu kilku procent, jedynie w przypadku węgla modyfikowanego kwasem azotowym (ONA) stwierdzono nieco większy spadek jej wartości. W celu określenia właściwości kwasowo-zasadowych otrzymanych próbek węglowych wyznaczono równowagowe wartości pH ich zawiesiny (pH*) w roztworze soli obojętnej. Badania te wykazały, że uzyskano materiały węglowe o kwasowym (ONA, OWA), amfoterycznym (AW, OPA) lub zasadowym (HTA, HTV) charakterze chemicznym powierzchni (pH* w granicach od 3,5 do 10,9). Strukturę chemiczną powierzchni badanych materiałów węglowych określono, stosując standardową metodę selektywnej neutralizacji grup funkcyjnych zasadami o wzrastającej mocy lub miareczkując 0,1 M kwasem solnym. Opierając się na tych rezultatach, obliczono gęstość powierzchniowych ładunków elektrycznych węgli aktywnych w roztworach elektrolitu. Uzyskane próbki aktywnych materiałów węglowych różniły się drastycznie pod względem chemicznym powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu budowy matrycy węglowej oraz niewielkim zróżnicowaniu powierzchni właściwej i struktury porowatej. Badano następnie wpływ zróżnicowanej struktury chemicznej powierzchni materiałów węglowych na wielkość adsorpcji nadmiarowej oraz szybkość procesu ustalania się równowagi adsorpcyjnej jonów miedzi(II) z roztworu wodnego o stężeniu wyjściowym 0,025 M. Zmiany stężenia jonów miedzi podczas adsorpcji rejestrowano przy użyciu elektrody jonoselektywnej. Stwierdzono istotną zależność adsorpcji maksymalnej oraz szybkości adsorpcji jonów miedzi od chemizmu powierzchni węgli aktywowanych. Na adsorpcję mają wpływ nie tylko właściwości kwasowo-zasadowe grup funkcyjnych, ale również obecność i rodzaj heteroatomów (tlen, azot) na powierzchni węgla aktywowanego i tworzących centra adsorpcyjne. Największą adsorpcję maksymalną stwierdzono w przypadku węgli o zasadowym charakterze powierzchni (węgiel HTV pozbawiony heteroatomów i HTA zawierający azot wbudowany w sieć węglową), nieco mniejszą dla węgla silnie utlenionego (węgiel ONA pokryty tlenowymi grupami funkcyjnymi o charakterze kwasowym). Wskazuje to na mieszany mechanizm procesu adsorpcyjnego - od adsorpcji jonowymiennej poprzez tworzenie kompleksów powierzchniowych do oddziaływań typu Π-d pomiędzy jonami a powierzchnią węgli. Na podstawie uzyskanych zależności adsorpcji od czasu zostały wyznaczone efektywne współczynniki dyfuzji De jonów miedzi w porach materiału sorpcyjnego, stosując uproszczoną procedurę, bazującą na analitycznym rozwiązaniu prawa Ficka. Szybkość dyfuzji jonów w strukturze porowatej sorbentu węglowego w istotny sposób zależy od budowy chemicznej powierzchni i jest największy dla węgla HTA, gdzie adsorpcja ma prawdopodobnie charakter kompleksotwórczy (oddziaływania jonów metalu z azotem w sieci węglowej). Uzyskane wyniki badawcze po raz pierwszy wykazały wpływ chemicznej struktury węglowego materiału sorpcyjnego nie tylko na wielkość adsorpcji jonów metalu (pojemność adsorpcyjną względem określonego jonu), ale również na szybkość procesu (czas potrzebny do osiągnięcia stanu równowagi adsorpcyjnej) i wartości współczynnika dyfuzji sorbowanych jonów. Rezultaty badań adsorpcji jonów miedzi(II) najprawdopodobniej będzie można również odnieść do procesów adsorpcyjnych innych metali ciężkich, stanowiących zanieczyszczenie wód i ścieków.

EN

The starting material - the commercial activated carbon NORIT ROW 0.8 supra - was treated with concentrated hydrochloric and hydrofluoric acids to remove mineral impurities. The product was divided into six portions - one (AW) was used unmodified; the other five were modified as follows: heating (3 h, 673 K) in a stream of moist air (OWA), treatment (3 h, 355 K) with concentrated nitric acid (ONA), heating (3 h, 673 K( in a stream of a 1:1 oxygen-ammonia mixture (OPA), heating (3 h, 1173 K( in a stream of ammonia (HTA), heating (3 h, 1173 K) under vacuum 10-² Pa (HTV). The specific surface areas and pore structures of these activated carbons were determined from low-temperature (77 K) nitrogen adsorption-desorption isotherms. The differences between the BET-determined internal specific surface areas (SBET) of the modified carbon samples were shown to be not greater than a few per cent; only the SBET of the ONA sample was somewhat lower than that of the other samples. In order to define the acid-base properties of the modified activated carbon samples the equilibrium pH of their slurries (pH*) in neutral salt solution was determined. These values show that the modification procedures yield carbon materials with acidic (ONA, OWA), amphoteric (AW, OPA) and basic (HTV, HTA) surface properties (pH* from 3.5 to 10.9). The surface chemical structures (type and number of functional groups) of the carbons were determined by selective neutralization with bases of increasing strength (acidic functional groups) or by titration with HCl (basic functional groups). The positive and negative surface charges of the carbon samples in electrolyte solutions were calculated from the neutralization data. The activated carbons obtained differed dramatically in their surface chemical properties; at the same time, however, the structure of the carbon matrix remained intact and the specific surface area and porosity changed only slightly. The adsorption capacities of the modified activated carbon materials towards copper(II) ions as well as the relations between adsorption and the contact time between the carbons and solutions of Cu(NO3)2 [0.025 M aq.] were determined. Changes in the Cu2+ ion concentration during adsorption were measured with a Cu-ion-selective electrode. The relations between the surface chemistry of the activated carbon and the adsorption capacity and adsorption rate were found to be significant. Adsorption depended not only on the acid-base properties of the carbon surface but also on the presence of heteroatoms (nitrogen and/or oxygen) bonded to the carbon surface (adsorption centers). The adsorption capacity was highest in basic carbons (HTV - thermally deprived of surface heteroatoms, HTA - with nitrogen in the carbon lattice) and slightly lower in oxidized carbon (ONA - with strongly acidic surface groups). The results of this research indicate that the mechanisms of metal ion adsorption are complex, involving not only ion-exchange (Cu2+/H+) adsorption (dominant for oxidized "acidic" carbons), but also surface metal complex formation with Π electrons and heteroatoms (in the carbon matrix), and with non-dissociative surface functional groups. From the time-adsorption dependencies (kinetic curves) obtained, the effective diffusion coefficients (De) of copper ions in the sorbent pore structure were calculated using a simplified procedure based on the analytical solution of Fick's law. The rate of Cu(II) ion diffusion into activated carbon pores depends substantially on the chemical structure of the carbon surface and was the highest for the HTA sample: in this case, the probable adsorption mechanism involved the formation of a complex between the metal ions and surface nitrogen as ligands. This research has demonstrated for the first time the influence of the chemical structure of activated carbon materials on the adsorption capacity towards metal ions, on their rate of adsorption, and on the diffusion coefficients of the sorbed ions. The results concerning the adsorption of copper(II) ions can probably be extrapolated to the adsorption of other heavy metal ions contaminating fresh and waste waters on activated carbon.

3

Wpływ utleniających modyfikacji powierzchni węgla aktywnego na pojemności sorpcyjne w stosunku do Cr(III) i Cr(VI)

80%

Lach J. , Biniak S. , Walczyk M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2006

|

tom T. 9, nr 3

249-259

PL

Wykorzystano utleniony węgiel aktywny WG-12 do usuwania Cr(III) oraz Cr(VI) z wody. Modyfikację tę przeprowadzano w temperaturze 400°C w piecu obrotowym oraz na stanowisku elektrycznego ogrzewania węgla (SEOW). W przypadku węgli modyfikowanych przepływ gazów utleniających nagrzanych do temperatury panującej w piecu obrotowym (dwutlenku węgla, pary wodnej oraz powietrza) prowadzono wraz z nagrzewaniem węgla. W przypadku utleniania węgla z wykorzystaniem SEOW najpierw nagrzewano węgiel w trakcie przewodzenia prądu elektrycznego do temperatury 400°C, a następnie studzono złoże gazami utleniającymi (dwutlenkiem węgla i powietrzem). Otrzymane węgle aktywne charakteryzowały się zwiększoną ilością ugrupowań o charakterze zasadowym. Sumaryczna liczba kwasowych tlenków powierzchniowych znacznie się zwiększyła dla węgla utlenianego w piecu obrotowym przy przepływie powietrza. Na pozostałych węglach nie zmieniła się w istotny sposób liczba tych ugrupowań. Wszystkie modyfikowane węgle zwiększyły pojemności sorpcyjne w stosunku do Cr(III) i Cr(VI). Najlepsze rezultaty usuwania Cr(III) otrzymano na węglu modyfikowanym w piecu obrotowym z udziałem powietrza. Węgiel ten charakteryzował się również największą ilością ugrupowań o charakterze kwasowym oraz zwiększoną liczbą ugrupowań o charakterze zasadowym. Najlepsze rezultaty usuwania Cr(VI) otrzymano na węglu utlenianym parą wodną w piecu obrotowym. Węgiel ten charakteryzował się zwiększoną ilością grup funkcyjnych o charakterze zasadowym oraz najwyższym pH wyciągu wodnego.

EN

There was examined the oxidized activated carbon in regard to Cr(III) and Cr(VI) removing from water. All modified carbons increased the adsorption capacities in relation to Cr(III) and Cr(VI). The modification was carried out at the temperature of 400°C in a rotary furnace and by the electrical heating of carbon bed (SEOW). In the case of modified carbons the flow of oxidizing gases (carbon dioxide, water vapour and air), heated up to the temperature which is in the rotary furnace, were carried out together with the heating of carbon. In the case of carbon oxidation with the usage of SEOW; firstly the carbon was heated during the carrying of electric current up to the temperature of 400°C; then the bed was cooled down by means of oxidizing gases (carbon dioxide and air). The most effective carbon, in the case of removing Cr3+ cation appeared to be WG/400/AIR. The other modified carbons, both from the rotary furnace and from SEOW, have similar, however, higher than initial carbon, abilities of Cr(III) removing. There was also examined the adsorption of hexavalent chromium, in the form of chromate anion. All modified carbons have greater abilities of removing the chromate ion with the exception of WG/400/AIR carbon. While comparing the amount of the removed: Cr(III) and Cr(VI) on initial carbon and modified carbons, there can be observed that hexavalent chromium is removed to a much greater degree. In order to evaluate the chemical character of the surface of the examined activated carbons, there were also examined the amounts of functional groups and there were made the measurements of FTIR spectrum. The increase of number of basic groups was observed. The total number of acidic surface oxides increased, in a significant way, for carbon oxidized in the rotary furnace at the air flow. The number of these units did not change in an essential way on the other carbons. There can be observed no important differences among the examined carbons from the course of the FTIR curves. There were also studied the changes of surface quantity and of porous structure of the analysed activated carbons. There was observed, in most examined carbons, the increase of specific surface quantity and the volume of micropores. The loss of meso- and macropores was noticed.

4

Poszukiwanie nowych metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody

80%

Biniak S. , Trykowski G. , Pakuła M. , Świątkowski A.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2006

|

tom T. 9, nr 3

237-247

PL

Badano próbki węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody pitnej przez różne czasy filtracji (dla różnych ilości przefiltrowanej wody). Wyznaczono szereg parametrów i wielkości charakteryzujących właściwości fizykochemiczne powierzchni węgli zużytych w różnym stopniu i porównano je z właściwościami węgla świeżego (handlowego). Były to: powierzchnia właściwa BET (z niskotemperaturowej adsorpcji N2), liczba jodowa, ubytek masy w trakcie ogrzewania w zakresie temperatur 150 ÷ 600°C (z krzywych TG), zawartość popiołu oraz pH zawiesiny w roztworze NaCl. Właściwości elektrochemiczne węgli o różnym stopniu zużycia określono na podstawie pomiarów cyklowoltamperometrycznych (CV) układu Fe(CN)³-6/Fe(CN)4-6 jako depolaryzatora. W oparciu o zarejestrowane krzywe CV wyznaczono potencjały oraz natężenia prądów pików utleniania/redukcji w tym układzie. Przeanalizowano zmiany wielkości wyznaczonych parametrów fizykochemicznych i elektrochemicznych w zależności od ilości wody przepuszczonej przez węglowe złoże filtracyjne i zaproponowano metody badawcze najbardziej odpowiednie do oceny stopnia jego zużycia. Metody te mogą być również przydatne do oceny właściwości sorpcyjnych (filtracyjnych) materiałów węglowych poddanych procesom regeneracji.

EN

Samples of active carbon used in the purification of drinking water for various filtering times and quantities of filtered water were investigated. A number of parameters and quantities characterising the physicochemical properties of surface carbon spent to various degrees were determined and compared with the properties of fresh (commercial) carbon. They included the specific surface BET (from low temperature N2 adsorption), iodine number, mass loss during heating in the 150 ÷ 600°C temperature range (from TG curves), ash content and pH of the slurry in NaCl solution. The electrochemical behaviour of powdered active carbon electrodes in aqueous electrolyte solution containing a Fe(CN)³-6/Fe(CN)4-6 couple as depolariser were studied by cyclovoltmmetry. The values of the couple's charge transfer reactions parameters (anodic and cathodic peak potentials and currents) were found to depend on the surface characteristic of the carbon material of the working electrode. The changes in physicochemical and electrochemical parameters are evidence that the adsorptive capacity of the carbon filter bed varies during operation; they were analysed as functions of the amount of water filtered through the carbon bed. Suggestions are made regarding the most suitable research methods for estimating the degree of depletion: these methods may also be suitable for assessing the adsorptive (filtration) properties of regenerated carbon materials. Additionally, the knowledge of changes in the electrochemical properties of active carbon filter beds may be necessary when electrosorptive methods of water purification are taken into consideration.

5

Badania wpływu ozonu i nadtlenku wodoru na właściwości sorpcyjne węgla aktywnego w stosunku do chlorofenolu

71%

Deryło-Marczewska A. , Popiel S. , Świątkowski A. , Trykowski G. , Biniak S.

|

tom R. 29, nr 4

19-22

PL

Dwa granulowane węgle aktywne (Filtrasorb 300 i ROW 0.8 Supra) po odmyciu wodą destylowaną poddano działaniu ozonu (w obecności wody lub w fazie gazowej) oraz nadtlenku wodoru. W przypadku próbek węgla aktywnego odmytych wodą, w oparciu o niskotemperaturowe izotermy adsorpcji azotu, określono pole powierzchni właściwej (BET), całkowitą objętość porów, pole powierzchni zewnętrznej i objętość mikroporów. Zmiany w chemii powierzchni węgla aktywnego określono na podstawie ubytku masy podczas termograwimetrycznego (krzywe TG) ogrzewania w zakresie temperatur 150÷600 oC i badań spektroskopowych FTIR. Następnie wyznaczono izotermy adsorpcji 4-chlorofenolu z rozcieńczonych roztworów wodnych na wszystkich otrzymanych preparatach węglowych. Na podstawie otrzymanych wyników badań przeanalizowano i poddano dyskusji wpływ zmian właściwości powierzchni próbek węgla aktywnego na adsorpcję polarnej substancji organicznej (4-chlorofenol) z roztworów wodnych.

EN

After washing with distilled water, two granular active carbons (Filtrasorb 300 and ROW 0.8 Supra) were exposed to ozone (in the presence of water or in the gas phase) and hydrogen peroxide. For the water washed samples of the activated carbons, specific surface area (BET), total pore volume, external surface area and micropore volume were determined from the low-temperature N2 adsorption isotherms. Changes in the chemistry of the active carbon surface were evaluated in terms of mass loss during thermogravimetric (TG curves) heating over the temperature range 150-600 oC and by FTIR spectroscopy. After that, the isotherms of 4-chlorophenol adsorption from the aqueous solutions were determined for all the carbon preparations examined. Following the interpretation of the results obtained, the effect of the changes in the surface properties of the active carbon samples on the adsorption of a polar organic substance (4-chlorophenol) from aqueous solutions was made subject to detailed analysis and discussion.