Технології та інжиніринг

Адсорбційні властивості нанопористих вуглецевих матеріалів, отриманих лужною активацією з тепловим ударом

Мета. Дослідження адсорбційної активності нанопористих вуглецевих матеріалів (НВМ), отриманих лужною активацією з тепловим ударом. Методика. Характеристики пористості НВМ розраховано за ізотермами низькотемпературної (77 K) адсорбції – десорбції азоту (метод 2D-NLDFT-НS). Адсорбційні вимірювання виконано при 25°С та постійному вмісті НВМ (1 г/л) у водних розчинах. Дані з кінетики адсорбції розраховано моделями І-го і ІІ-го другого порядку та внутрішньочасткової дифузії. Ізотерми адсорбції апроксимовано моделями Ленгмюра та Фрейндліха. Результати. Досліджено кінетику адсорбції фенолу (Ф), 4-хлорфенолу(ХФ), барвника метиленового блакитного(МБ) та катіонів свинцю зразками НВМ, які утворюються з бурого вугілля (НВМ(Б)) та довгополуменевого вугілля (НВМ(Д)) у новому процесі – лужній активації з тепловим ударом. Кінетичні дані отримано при однаковій початковій концентрації адсорбатів 5,0 ммоль/л. Встановлено, що адсорбційна рівновага досягається за 2-4 години залежно від адсорбату. Кінетика адсорбції підпорядковується рівнянню II-го порядку, а розраховані з нього максимальні адсорбційні ємності збільшуються в ряду Pb(II) < МБ < Ф < ХФ і знаходяться в межах 0,736–3,350 ммоль/г для НВМ(Б) та 1,097–4,359 ммоль/г для НВМ(Д). Швидкість адсорбції лімітується взаємодією молекул з поверхневими адсорбційними центрами, є найбільшою при адсорбції ХФ (≥1,672 ммоль/г·хв) та найменшою – при адсорбції МБ (≤0,075 ммоль/г·хв). За першу хвилину поглинається близько половини від максимальної адсорбованої кількості ХФ. Введення теплового удару формує НВМ із більш розвиненою пористою структурою без використання додаткових кількостей активанта (КОН). Застосування отриманих НВМ є найефективнішим в процесах адсорбційного очищення водних середовищ від фенольних сполук. Наукова новизна. Вперше досліджено адсорбцію фенолу, 4-хлорфенолу, барвника метиле-нового блакитного та катіонів свинцю з водних розчинів (25°С) зразками НВМ, які утворюються з бурого та довгополуменевого вугілля у новому процесі – лужній активації з тепловим ударом. Практична значимість. Результати дослідження сорбції дозволяють визначити напрями практичного використання НВМ як адсорбентів екотоксикантів різної природи

нанопористі вуглецеві матеріали; адсорбція; фенольні сполуки; метиленовий блакитний; катіони свинцю