Особенности сорбции метиленового голубого биоуглями на основе карбонизатов сосны и березы
Аннотация
Карбонизацией опилок при 500°С в течение 3 часов со скоростью нагрева до данной температуры 10°С/мин получены сосновый и березовый биоугли с достаточно хорошим выходом для медленного пиролиза в 29 и 36% и размером частиц до 160 и 350 мкм соответственно. Щелочная активация в течение 2 часов приводит к уменьшению размера частиц (20-60 мкм для березового и 50-150 мкм для соснового углей), возрастанию насыпной и истинной плотностей, небольшому увеличению рН. Методом энергодисперсионного анализа установлена углеродная основа активированных биоуглей, выявлена тенденция увеличения содержания углерода и снижения кислорода в результате активации, что ведет к снижению отношение О/C для березового угля до 0.258, для соснового – до 0.243.
Кинетические кривые сорбции красителя метиленового голубого на всех исследуемых образцах углей корректно описываются моделью псевдо-второго порядка, Скорость адсорбции зависит от количества адсорбционных центров и контролируется вкладом химической реакции. Вероятна значительная доля электростатических взаимодействий катионного красителя с отрицательно заряженной поверхностью биоуглей. Сорбционная емкость исходного и активированного березового угля в 2 раза выше соответствующих образцов из сосны. Модель адсорбции Ленгмюра корректно описывает сорбцию метиленового голубого на исследуемых биоуглях, что подтверждается высокими значениями коэффициентов корреляции. Эффективность очистки от катионного красителя метиленового голубого сорбцией на активированных биоуглях из березы и сосны достигает 98 и 49 % соответственно, что согласуется со значениями адсорбционной емкости и скоростями сорбции на этих образцах углей.
Скачивания
Литература
Winsley C. Biochar and Bionenergy Production for Climate Change. New Zealand Science Review. 2007; 1: 1-10.
Sizmur T., Fresno T., Akgül G., Frost H., MorenoJiménez E. Biochar modification to enhance sorption of inorganics from water. Bioresource Technology. 2017; 246: 3447. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.07.082
Yur’ev Yu. L. Charcoal. Directory. Ekaterinburg: Socrates. 2007, 1: 184. (In Russ.)
Mahmoudi K., Hamdi N., Kriaa A., Srasra E. Adsorption of Methyl Orange using Activated Carbon Prepared from Lignin by ZnCl2 Treatment. Russian Journal of Physical Chemistry. 2012; 86(8): 1294-1300. https://doi.org/10.1134/S0036024412060180
Feng-Chin W., Pin-Hsueh W., Ru-Ling T., Ruey-Shin J. Preparation of Novel Activated Carbons from H2SO4-Pretreated Corncob Hulls with KOH Activation for Quick Adsorption of Dye and 4-chlorophenol. Journal of Environmental Management. 2011; 92(3): 708-713. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.10.003
Cazetta A.L., Vargas A.M.M., Nogami E.M., Kunita M.H., Guilherme M.R., Martins A.C., Silva T.L., Moraes J.C.G., Almeida V.C. NaOH-activated Carbon of High Surface Area Produced from Coconut Shell: Kinetics and Equilibrium Studies from the Methylene Blue Adsorption. Chemical Engineering Journal. 2011; 174(1): 117-125. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.08.058
Prahas D., Kartika Y., Indraswati N., Ismadji S. Activated Carbon from Jackfruit Peel Waste by H3PO4 Chemical Activation: Pore Structure and Surface Chemistry Characterization. Chemical Engineering Journal. 2008; 140(1-3): 32-42. https://doi.org/10.1016/j.cej.2007.08.032
Ferrera-Lorenzo N., Fuente E., Suárez- Ruiz I., Ruiz B. KOH Activated Carbon from Conventional and Microwave Heating System of a Macro Algae Waste from the Agar–Agar industry. Fuel Processing Technology. 2014; 121: 25-31. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2013.12.017
Kim, W.-K., Shim, T., Kim, Y.-S., Hyun, S., Ryu, C., Park, Y.-K., Jung, J. Characterization of cadmium removal from aqueous solution by biochar produced from a giant Miscanthus at different pyrolytic temperatures. Bioresource technology. 2013; 138: 266-270. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.03.186
Tan X., Liu Y., Zeng G., Wang X., Hu X., Gu Y., Yang Z. Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions. Chemosphere. 2015; 125: 70-85. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.12.058
Ashleigh J. Fletcher, Yaprak Uygur, K. Mark Thomas. Role of surface functional groups in the adsorption kinetics of water vapour on microporous carbons. Journal of Physical Chemistry. 2007; 111: 8349-8359. https://doi.org/10.1021/jp070815v
Lee J.W., Kidder M., Evans B.R., Pik S., Buchanan Iii, A., Garten C.T., Brown R.C. Characterization of biochars produced from cornstovers for soil amendment. Environmental Science & Technology. 2010; 44(20): 7970-7974. https://doi.org/10.1021/es101337x
GOST 4453-74 Active charcoal brightening wood powder. M. 1993. http://gost.gtsever.ru/Data/414/41448.pdf (In Russ.)
Janos P., Buchtova H., Ryznarova M. Sorption of dyes from aqueous solutions onto fly ash Water Research. 2003; 37(20): 4938-4944. https://doi.org/10.1016/j.watres.2003.08.011
Xie Ya., Wang L., Li H., Westholm L.J., Carvalho L., Thorin E., Yu Zh., Yu X., Skreiberg Ø. A critical review on production, modification and utilization of biochar. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2022; 161: 105405. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105405
Romanchenko S.B., Trubicin A.A, Kubrin S.S. Problems of determining the actual density of coal particles in the processes of hovering and sedimentation. BULLETIN of the Scientific Center for Work Safety in the Coal Industry. 2020; 1: 6-14.
Xie Ya., Wang L., Li H., Westholm L.J., Carvalho L., Thorin E., Yu Zh., Yu X., Skreiberg Ø. A critical review on production, modification and utilization of biochar. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2022; 161: 105405. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105405
Xin Zhang, Baowei Zhao, Hui Liu, Yue Zhao, Liujun Li. Effects of pyrolysis temperature on biochar’s characteristics and speciation and environmental risks of heavy metals in sewage sludge biochars. Environmental Technology & Innovation. 2022; 26: 102288. https://doi.org/10.1016/j.eti.2022.102288
Zawadzki J. Infrared Spectroscopy in Surface Chemistry of Carbons. In: Thrower, P.A., Ed., Chemistry and Physics of Carbon. N.Y. Marcel Dekker. 1989; 21: 147-369.
León, G.; Hidalgo, A.M.; Martínez, A.; Guzmán, M.A.; Miguel, B. Methylparaben Adsorption onto Activated Carbon and Activated Olive Stones: Comparative Analysis of Efficiency, Equilibrium, Kinetics and Effect of Graphene-Based Nanomaterials Addition. Applied Sciences. 2023; 13: 9147. https://doi.org/10.3390/app13169147
Sahoo T.R.; Prelot B. Chapter 7 - Adsorption processes for the removal of contaminants from wastewater: the perspective role of nanomaterials and nanotechnology. In Micro and Nano Technologies, Nanomaterials for the Detection and Removal of Wastewater Pollutants. 2020: 161-222. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818489-9.00007-4
Fito J., Tibebu S., Nkambule T.T.I. Optimization of Cr (VI) removal from aqueous solution with activated carbon derived from Eichhornia crassipes under response surface methodology. BMC Chemistry. 2023; 17: 4. https://doi.org/10.1186/s13065-023-00913-6
Azizian S. Kinetic Models of Sorption: A Theoretical Analysis. Journal of Colloid and Interface Science. 2004; 276: 47. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.03.048
Tomina E.V., Khodosova N.A, Manukovskaya V.E., Zhuzhukin K.V Effect of physico-chemical activation on sorption activity of bio-coal from pine sawdust. Ecology And Industry Of Russia. 2023; 27(6): 67-71. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2023-6-67-71
Nayanova E.V., Elipasheva E.V., Sergeev G.M., Sergeeva V.P. Redox properties of methylene blue as a promising photometric reagent for determination of halogen oxidants. Analytics and Control. 2015; 19(2): 154-160. https://doi.org/10.15826/analitika. 2015.19.2.005
Ovchinnikov O.V., Vorob'eva R.P., Evlev A.B., Kvashnina N.V., Latyshev A.N., Utekhin A.N., Chernykh S.V., Smirnov M.S. Anti-stokes luminescence of microcrystals of AGCL0.95I0.05 solid solutions with adsorbed organic dye molecules. Journal of Applied Spectroscopy. 2006; 73(5): 662-666. https://doi.org/10.1007/s10812-006-0136-7
