- Tytuł:
-
Adsorption of methylene blue and malachite green from aqueous solutions on mesoporous carbon-nickel and carbon-zinc composites
Adsorpcja błękitu metylenowego i zieleni malachitowej z roztworów wodnych na mezoporowatych kompozytach węglowo-niklowych i węglowo-cynkowych - Autorzy:
- Jedynak, K.
- Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/297110.pdf
- Data publikacji:
- 2017
- Wydawca:
- Politechnika Częstochowska. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
- Tematy:
-
methylene blue
malachite green
adsorption
mesoporous carbon-nickel composites
mesoporous carbon-zinc composites
błękit metylenowy
zieleń malachitowa
adsorpcja
mezoporowate kompozyty węglowo-niklowe
mezoporowate kompozyty węglowo-cynkowe - Opis:
-
In this work adsorption of methylene blue and malachite green on mesoporous carbon-nickel and carbon-zinc composites (ST-A-Ni, ST-A-Ni(NO3)2-imp and ST-A-Zn, ST-A-Zn(NO3)2-imp) were investigated. These materials were obtained by the soft-templating method in presence of various precursors containing nickel or zinc. Nanoparticles of nickel or zinc and solutions of nickel nitrate(V) or zinc nitrate(V) were used as a source of nickel and zinc. Low-temperature nitrogen adsorption isotherms were determined for investigated materials and they were used for porous structure parameters calculation. Obtained isotherms can be classified as IV-type in order to IUPAC classification. Adsorbents have large surface area SBET: 674 m2/g (ST-A-Ni), 651 m2/g (ST-A-Ni(NO3)2-imp) and 511 m2/g (ST-A-Zn), 654 m2/g (ST-A-Zn(NO3)2-imp), large total volume of pores Vt: 0.65 cm3/g (ST-A-Ni), 0.63 cm3/g (ST-A-Ni(NO3)2-imp) and 0.32 cm3/g (ST-A-Zn), 0.64 cm3/g (ST-A-Zn(NO3)2-imp). Participation of mesoporosity in the total porosity of carbon composites is from approx. 44% to approx. 78%. This means that studied carbons are in fact mesoporous materials, with considerable domination of mesoporosity over the microporosity. The exception is composite ST-A-Zn were the microporosity value is a little bit higher than mesoporosity. The mesopores dimension for the maximum of the distribution function (in the range of mesopores) was determined by Kruk-Jaroniec-Sayari (KJS) method. This dimension was approx. 7 nm for all investigated adsorbents. SEM photos confirmed the presence of ordered mesopores, particularly in materials obtained as a result of zinc nitrate impregnation. Also the presence of nickel nanoparticles, with different dimensions and shapes (ST-A-Ni), was confirmed by SEM photos. The concentrations of adsorbates, before and after adsorption, were determined by spectrophotometric method. Adsorption experiments were carried out at 25°C temperature. The adsorption equilibrium for investigated in this work mesoporous compositions (carbon-metal-composite - colorant solution) was settled after 90 minutes (ST-A-Ni(NO3)2-imp-MB and ST-A-Zn(NO3)2-imp-MB), after 120 minutes (ST-A-Ni-MB), after 240 minutes (ST-A-Ni-MG) and for the rest of investigated compositions after 360 minutes. The studies of adsorption process velocity showed that in most cases adsorption kinetics proceeded according to pseudo II-order reaction model. Only in one case according to pseudo I-order reaction model: for ST-A-Zn (malachite green). Obtained adsorption isotherms were substituted into the Langmuir equation and Freundlich equation. Adsorption process of methylene blue and malachite green on all studied carbon-metal composites proceed in accordance to adsorption model described by Langmuir equation. Adsorption ability of studied mesoporous carbon materials is significantly higher for methylene blue than for malachite green. The best adsorbent for methylene blue was carbon ST-A-Zn(NO3)2-imp (qm = 104.17 mg/g), the worst adsorbent was carbon ST-A-Zn (qm = 6.65 mg/g). In the case of malachite green the best adsorbent was carbon ST-A-Ni (qm = 58.82 mg/g) and the worst adsorbent was carbon ST-A-Zn (qm = 4.25 mg/g). On the basis of K constant from Langmuir equation the value of free enthalpy BG was calculated. Obtained values change in the range from –28.06 to –36.78 kJ/mol. Negative values of BG mean that investigated process is spontaneous.
W pracy zbadano adsorpcję błękitu metylenowego i zieleni malachitowej na mezoporowatych kompozytach węglowo-niklowych oraz węglowo-cynkowych (ST-A-Ni, ST-A-Ni(NO3)2-imp oraz ST-A-Zn, ST-A-Zn(NO3)2-imp). Materiały te otrzymano metodą miękkiego odwzorowania w obecności różnych prekursorów zawierających nikiel lub cynk. Nanocząstek niklu lub cynku oraz roztworów azotanu(V) niklu lub azotanu(V) cynku użyto jako źródeł niklu lub cynku. Dla badanych adsorbentów wyznaczono niskotemperaturowe izotermy adsorpcji azotu, które posłużyły do obliczenia parametrów struktury porowatej. Otrzymane izotermy można zaliczyć do IV typu zgodnie z klasyfikacją UPAC. Adsorbenty charakteryzują się dużą powierzchnią właściwą SBET: 674 m2/g (ST-A-Ni), 651 m2/g (ST-A-Ni(NO3)2-imp) oraz 511 m2/g (ST-A-Zn), 654 m2/g (ST-A-Zn(NO3)2-imp), dużą całkowitą objętością porów Vt: 0,65 cm3/g (ST-A-Ni), 0,63 cm3/g (ST-A-Ni(NO3)2-imp) oraz 0,32 cm3/g (ST-A-Zn), 0,64 cm3/g (ST-A-Zn(NO3)2-imp). Udział mezoporowatości w całkowitej porowatości kompozytów węglowych wynosi od ok. 44% do ok. 78%. Oznacza to, że rzeczywiście badane węgle są mezoporowate ze znaczną przewagą mezoporowatości nad mikroporowatością, z wyjątkiem kompozytu ST-A-Zn, który ma nieco bardziej rozwiniętą mikroporowatość. Wymiar mezoporów dla maksimum funkcji rozkładu (w przedziale mezoporów) wyznaczono metodą Kruka-Jarońca-Sayari (KJS). Dla wszystkich badanych adsorbentów wymiar ten wynosił ok. 7 nm. Zdjęcia SEM potwierdziły występowanie uporządkowanych mezoporów, szczególnie w materiałach otrzymanych w wyniku impregnacji azotanem cynku, a także obecność na powierzchni węgla nanocząstek np. niklu o różnych wymiarach i kształtach (ST-A-Ni). Stężenia adsorbatów przed i po adsorpcji wyznaczano metodą spektrofotometryczną. Badania adsorpcyjne prowadzono w temperaturze 25oC. Równowaga adsorpcyjna dla badanych w pracy układów mezoporowaty kompozyt węglowo-metaliczny - roztwór barwnika ustaliła się po 90 minutach (ST-A-Ni(NO3)2-imp-MB i ST-A-Zn(NO3)2-imp-MB), po 120 minutach (ST-A-Ni-MB), po 240 minutach (ST-A-Ni-MG) oraz dla pozostałych czterech przypadków po 360 minutach. Badania szybkości procesu adsorpcji wykazały, że w większości przypadków kinetyka adsorpcji przebiegała zgodnie z modelem reakcji pseudo II-rzędu, w jednym tylko przypadku zgodnie z modelem pseudo I-rzędu: ST-A-Zn (zieleń malachitowa). Otrzymane izotermy adsorpcji podstawiono do równania Langmuira i równania Freundlicha. Proces adsorpcji błękitu metylenowego oraz zieleni malachitowej na wszystkich badanych kompozytach węglowo-metalicznych zachodzi zgodnie z modelem adsorpcji opisanym przez równanie Langmuira. Zdolność adsorpcyjna badanych mezoporowatych materiałów węglowych jest znacznie większa w stosunku do błękitu metylenowego niż zieleni malachitowej. Najlepszym adsorbentem w stosunku do błękitu metylenowego był węgiel ST-A-Zn(NO3)2-imp (qm = 104,17 mg/g), a najsłabszym węgiel ST-A-Zn (qm = 6,65 mg/g). W przypadku zieleni malachitowej najlepszym adsorbentem był węgiel ST-A-Ni (qm = 58,82 mg/g), a najsłabszym węgiel ST-A-Zn (qm = 4,25 mg/g). Na podstawie stałej K z równania Langmuira obliczono wartość entalpii swobodnej BG. Otrzymane wartości zmieniają się w granicach od –28,06 do –36,78 kJ/mol. Ujemne wartości BG świadczą o tym, że badany proces to proces samorzutny. - Źródło:
-
Inżynieria i Ochrona Środowiska; 2017, 20, 1; 43-57
1505-3695
2391-7253 - Pojawia się w:
- Inżynieria i Ochrona Środowiska
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł