إعداد المستندة إلى الكتلة الحيوية ميسوبوروس الكربون مع ارتفاع النيتروجين-/الامتزاز خالب الأكسجين ل Cu(II) من خلال الموجات الدقيقة قبل انحلال حراري
Summary
نقدم هنا، بروتوكولا لتجميع الكربون ميسوبوروس يخدر ثنائي النيتروجين/الأكسجين من الكتلة الحيوية بالتنشيط الكيميائية في أوضاع مختلفة انحلال حراري متبوعاً بالتعديل. علينا أن نظهر أن يفيد انحلال حراري الميكروويف عملية التعديل اللاحق لإدخال المزيد من المجموعات الوظيفية النيتروجين والأكسجين في الكربون في نفس الوقت.
Abstract
أسلوب صديقة للبيئة لتوليف ميسوبوروس القائم على الكتلة الأحيائية تنشيط الكربون مع ارتفاع النيتروجين-/يقترح الامتزاز خالب الأكسجين ل Cu(II). ويستخدم تفل مشربة بحامض الفوسفوريك كالسلف. بيروليزي السلائف، تستخدم وسائط تدفئة منفصلة اثنين: الميكروويف انحلال حراري وانحلال حراري التدفئة الكهربائية التقليدية. يتم تعديل العينات المستمدة من ثفل قصب السكر الكربون الناتجة مع التعديل النيترات والحد. النيتروجين (N)/المجموعات الوظيفية الأوكسجين (O) هي عرض في وقت واحد على سطح الكربون المنشط، تعزيز لها امتزاز Cu(II) إلى والتبادل الأيوني. يتم تنفيذ تجارب الامتزاز النحاس وتوصيف التحقيق في الخصائص الفيزيائية الأربعة الكربون إعداد العينات وتحديد طريقة التدفئة التي تفضل التعديل اللاحق لتعاطي المنشطات من المجموعات الوظيفية N/O. في هذا الأسلوب، استناداً إلى تحليل بيانات الامتزاز النيتروجين وتحويل فورييه مطيافية الأشعة تحت الحمراء، وتجارب الامتزاز دفعة، ثبت أن الموجات بيروليزيد الكربون لديها المزيد من المواقع عيب، وعليه، الميكروويف فعالية توفير الوقت انحلال حراري تساهم أكثر الأنواع N/O للكربون، على الرغم من أنه يؤدي إلى انخفاض مساحة محددة. هذا الأسلوب يوفر طريقا واعداً لتوليف الممتزات مع النيتروجين أعلى ومحتوى الأكسجين وقدرة امتزاز أعلى من أيونات المعادن الثقيلة في مياه الصرف المعالجة تطبيقات.
Introduction
الكربون المنشط له خصائص الامتزاز فريدة من نوعها، مثل بنية مسامية المتقدمة وعالية مساحة محددة، ومختلف المجموعات الوظيفية السطحية؛ ولذلك، يستخدم الممتزة في المياه المعالجة أو تنقية1،2،،من34. وإلى جانب مزاياه المادية، والكربون المنشط فعالة من حيث التكلفة وغير ضارة بالبيئة، وموادها الخام (مثلاً، الكتلة الحيوية) وفيرة ويتم الحصول عليه بسهولة5،6. الخصائص الفيزيائية للكربون المنشط تعتمد على السلائف التي تستخدم في إعداد هذا التقرير وعلى الظروف التجريبية ل عملية التنشيط7.
عادة ما تستخدم طريقتين تحضير الكربون المنشط: خطوة واحدة وخطوتين نهج8. النهج خطوة واحدة مصطلح يشير إلى السلائف يجري متفحمة وتفعيلها في نفس الوقت بينما النهج خطوتين الذي يشير إلى أن التتابع. نظراً للحفاظ على الطاقة وحماية البيئة، والنهج خطوة واحدة أكثر تفضيلاً لانخفاض درجة الحرارة ومطالبين بالضغط.
وإلى جانب ذلك، تستخدم التنشيط الكيميائية والفيزيائية لتحسين الخصائص التكوينية للكربون المنشط. التنشيط الكيميائية تمتلك مزايا واضحة على النشاط البدني بسبب انخفاض درجة الحرارة التنشيط وأقصر وقت التنشيط والعالي الكربون الغلة وأكثر بنية المسام المتقدمة ويمكن التحكم في درجة معينة9. وقد تم اختباره أن التنشيط الكيميائية يمكن أن يؤديها تشريب الكتلة الحيوية المستخدمة كمواد وسيطة مع ح3ص4، زنكل2، أو مواد كيميائية محددة أخرى، تليها انحلال حراري لزيادة المسامية للكربون المنشط، لأن يمكن إزالة المكونات الليجنوسليولوزيه من الكتلة الحيوية بسهولة بعلاج تدفئة لاحقة، نظراً لقدرة هذه المواد الكيميائية10،11ديهيدروجينيشن. ومن ثم، التنشيط الكيميائية إلى حد كبير يعزز تشكيل المسام الكربون المنشط أو يحسن أداء أدسوربتيفي إلى12من الملوثات. منشط حمضية المفضل إلى ح3ص4، نظراً لأن الطلب على الطاقة أقل نسبيا، عائد أعلى، وأقل تأثير على البيئة13.
لقد الميكروويف انحلال حراري التفوق في توفير الوقت والتدفئة الداخلية موحدة، وكفاءة استخدام الطاقة والتدفئة انتقائية، مما يجعل من أسلوب تدفئة بديلة للكربون المنشط توليف14،15. بالمقارنة مع التدفئة الكهربائية التقليدية، انحلال حراري ميكروويف يمكن تعزيز العمليات الحرارية والكيميائية وتشجيع بعض التفاعلات الكيميائية16. في الآونة الأخيرة، ركزت دراسات مكثفة على إعداد الكربون المنشط بالتنشيط الكيميائية من الكتلة الحيوية باستخدام خطوة واحدة تعمل بالموجات الدقيقة انحلال حراري9،17،،من1819. لذا، أنها مفيدة إلى حد كبير والصديقة للبيئة للتوليف القائم على الكتلة الأحيائية الكربون المنشط بمساعدة الميكروويف ح3ص4 التنشيط.
وبالإضافة إلى ذلك، لتحسين الصلات امتزاز الكربون المنشط تجاه أيونات المعادن الثقيلة محددة، قد اقترح التعديل بالمنشطات هيتيرواتوم [ن، س، الكبريت (S)، إلخ] في هياكل الكربون، وقد ثبت أن هذا أسلوب المستحسن 20،،من2122،23،24،،من2526. يمكن الاستعاضة عن المواقع المعيبة في أو على حواف طبقة الجرافيت heteroatoms لإنشاء المجموعات الوظيفية27. ومن ثم تعديل النيترات والحد تستخدم لتعديل عينات الكربون الناتجة المخدر N/O المجموعات الوظيفية التي تلعب دوراً حاسما في كفاءة التنسيق مع المعادن الثقيلة شكل إلى والتبادل الأيوني28.
تستند النتائج الواردة أعلاه، نقدم بروتوكولا لتوليف N/O ميسوبوروس يخدر ثنائي الكربون من الكتلة الحيوية بالتنشيط الكيميائية واثنين من الأساليب المختلفة انحلال حراري يتبعه تعديل. ويحدد هذا البروتوكول أيضا طريقة التدفئة التي تفضل التعديل التي تلت ذلك لتعاطي المنشطات من المجموعات الوظيفية N/O، وهكذا، تعزيز أداء الامتزاز.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا البروتوكول، وهو إحدى الخطوات الحاسمة الإعداد الناجح للكربون ميسوبوروس مع أفضل الخصائص الفيزيائية بالنهج خطوة واحدة، حيث الظروف التجريبية الأمثل بحاجة إلى تحديد. بذلك، دراسة سابقة28، قمنا بمصفوفة متعامدة الميكروويف انحلال حراري التجارب، والنظر في تأثير نسبة التشريب ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يعترف الكتاب “أموال البحوث الأساسية” للجامعات وسط الصين (No.KYZ201562)، و “صندوق العلوم ما بعد الدكتوراه في الصين” (رقم 2014 م 560429) وخطة البحث والتنمية الرئيسية من مقاطعة جيانغسو (رقم BE2018708).
Materials
| All chemicals and reagents (phosphoric acid, etc.) | Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd | Analytical grade | |
| Electric furnace | Luoyang Bolaimaite Experiment Electric Furnace Co., Ltd | ||
| Microwave oven | Nanjing Yudian Automation Technology Co., Ltd | 2.45 GHz frequency | |
| Surface-area and porosimetry analyzer | Beijing Gold APP Instrument Co., Ltd | Vc-Sorb 2800TP | |
| Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer | Nicolet | 6700 | |
| Flame atomic absorption spectrophotometry | Beijing Purkinje General Instrument Corporation | A3 | |
| Element Analyzer | Germany Heraeus Co. | CHN-O-RAPID |
References
- Saleh, T. A., Gupta, V. K. Processing methods, characteristics and adsorption behavior of tire derived carbons: a review. Advances in Colloid & Interface Science. 211, 93 (2014).
- Mohammadi, N., Khani, H., Gupta, V. K., Amereh, E., Agarwal, S. Adsorption process of methyl orange dye onto mesoporous carbon material-kinetic and thermodynamic studies. Journal of Colloid & Interface Science. 362 (2), 457 (2011).
- Saleh, T. A., Gupta, V. K. Column with CNT/magnesium oxide composite for lead(II) removal from water. Environmental Science & Pollution Research. 19 (4), 1224-1228 (2012).
- Asfaram, A., Ghaedi, M., Agarwal, S., Tyagi, I., Kumargupta, V. Removal of basic dye Auramine-O by ZnS:Cu nanoparticles loaded on activated carbon: optimization of parameters using response surface methodology with central composite design. RSC Advances. 5 (24), 18438-18450 (2015).
- Gupta, V. K., Saleh, T. A. Sorption of pollutants by porous carbon, carbon nanotubes and fullerene- an overview. Environmental Science and Pollution Research. 20 (5), 2828-2843 (2013).
- Ahmaruzzaman, M., Gupta, V. K. Rice Husk and Its Ash as Low-Cost Adsorbents in Water and Wastewater Treatment. Industrial & Engineering Chemistry Research. 50 (24), 13589-13613 (2011).
- Ahmed, M. J., Theydan, S. K. Adsorption of cephalexin onto activated carbons from Albizia lebbeck seed pods by microwave-induced KOH and K2CO3 activations. Chemical Engineering Journal. 211 (22), 200-207 (2012).
- Liew, R. K., et al. Production of activated carbon as catalyst support by microwave pyrolysis of palm kernel shell: a comparative study of chemical versus physical activation. Research on Chemical Intermediates. , 1-17 (2018).
- Lam, S. S., et al. Microwave-assisted pyrolysis with chemical activation, an innovative method to convert orange peel into activated carbon with improved properties as dye adsorbent. Journal of Cleaner Production. 162, 1376-1387 (2017).
- Jin, H., Wang, X., Gu, Z., Polin, J. Carbon materials from high ash biochar for supercapacitor and improvement of capacitance with HNO3 surface oxidation. Journal of Power Sources. 236, 285-292 (2013).
- Chen, H. Research Methods for the Biotechnology of Lignocellulose. Biotechnology of Lignocellulose: Theory and Practice. , 403-510 (2014).
- Sayğılı, H., Güzel, F. High surface area mesoporous activated carbon from tomato processing solid waste by zinc chloride activation: process optimization, characterization and dyes adsorption. Journal of Cleaner Production. 113, 995-1004 (2016).
- Cao, Q., Xie, K. C., Lv, Y. K., Bao, W. R. Process effects on activated carbon with large specific surface area from corn cob. Bioresource Technology. 97 (1), 110-115 (2006).
- Xiao, X., et al. Adsorption behavior of phenanthrene onto coal-based activated carbon prepared by microwave activation. Korean Journal of Chemical Engineering. 32 (6), 1129-1136 (2015).
- Ge, X., et al. Adsorption of naphthalene from aqueous solution on coal-based activated carbon modified by microwave induction: Microwave power effects. Chemical Engineering & Processing Process Intensification. 91, 67-77 (2015).
- Yao, S., et al. Removal of Pb(II) from water by the activated carbon modified by nitric acid under microwave heating. Journal of Colloid and Interface Science. 463, 118-127 (2016).
- Ali, A., Idris, R. Utilization Of Low-cost Activated Carbon From Rapid Synthesis Of Microwave Pyrolysis For WC Nanoparticles Preparation. Advanced Materials Letters. 08 (1), 70-76 (2016).
- Puchana-Rosero, M. J., et al. Microwave-assisted activated carbon obtained from the sludge of tannery-treatment effluent plant for removal of leather dyes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 504, 105-115 (2016).
- Du, Z. L., Zheng, T., Wang, P., Hao, L. L., Wang, Y. X. Fast microwave-assisted preparation of a low-cost and recyclable carboxyl modified lignocellulose-biomass jute fiber for enhanced heavy metal removal from water. Bioresource Technology. 201, 41-49 (2016).
- Ge, X., et al. Microwave-assisted modification of activated carbon with ammonia for efficient pyrene adsorption. Journal of Industrial & Engineering Chemistry. 39, 27-36 (2016).
- Ghaedi, M., et al. Modeling of competitive ultrasonic assisted removal of the dyes – Methylene blue and Safranin-O using Fe3O4 nanoparticles. Chemical Engineering Journal. 268, 28-37 (2015).
- Gupta, V. K., Nayak, A. Cadmium removal and recovery from aqueous solutions by novel adsorbents prepared from orange peel and Fe2O3 nanoparticles. Chemical Engineering Journal. 180 (3), 81-90 (2012).
- Robati, D., et al. Removal of hazardous dyes-BR 12 and methyl orange using graphene oxide as an adsorbent from aqueous phase. Chemical Engineering Journal. 284 (7), 687-697 (2016).
- Ali, I., Alothman, Z. A., Sanagi, M. M. Green Synthesis of Iron Nano-Impregnated Adsorbent for Fast Removal of Fluoride from Water. Journal of Molecular Liquids. 211, 457-465 (2015).
- Gupta, V. K., Kumar, R., Nayak, A., Saleh, T. A., Barakat, M. A. Adsorptive removal of dyes from aqueous solution onto carbon nanotubes: A review. Advances in Colloid & Interface Science. 193 (6), 24 (2013).
- Mittal, A., Mittal, J., Malviya, A., Gupta, V. K. Adsorptive removal of hazardous anionic dye "Congo red" from wastewater using waste materials and recovery by desorption. Journal of Colloid and Interface Science. 340 (1), 16-26 (2009).
- Wan, Z., Li, K. Effect of pre-pyrolysis mode on simultaneous introduction of nitrogen/oxygen-containing functional groups into the structure of bagasse-based mesoporous carbon and its influence on Cu(II) adsorption. Chemosphere. 194, 370-380 (2018).
- Li, K., Li, J., Lu, M., Li, H., Wang, X. Preparation and amino modification of mesoporous carbon from bagasse via microwave activation and ethylenediamine polymerization for Pb(II) adsorption. Desalination and Water Treatment. 57 (50), 24004-24018 (2016).
- Yantasee, W., et al. Electrophilic Aromatic Substitutions of Amine and Sulfonate onto Fine-Grained Activated Carbon for Aqueous-Phase Metal Ion Removal. Separation Science and Technology. 39 (14), 3263-3279 (2004).
- Li, Y. B., Li, K. Q., Wang, X. H., Li, J. Ethylenediamine Modification of Hierarchical Mesoporous Carbon for the Effective Removal of Pb (II) and Related Influencing Factors. International Journal of Material Science. 6 (1), 58-65 (2016).
- Georgakopoulos, E., Santos, R. M., Chiang, Y. W., Manovic, V. Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent. Journal of Visualized Experiments. (120), e55062 (2017).
- Loganathan, P., et al. Modelling equilibrium adsorption of single, binary, and ternary combinations of Cu, Pb, and Zn onto granular activated carbon. Environmental Science & Pollution Research. (15), 1-12 (2018).
- Vunain, E., Kenneth, D., Biswick, T. Synthesis and characterization of low-cost activated carbon prepared from Malawian baobab fruit shells by H3PO4 activation for removal of Cu(II) ions: equilibrium and kinetics studies. Applied Water Science. 7 (8), 4301-4319 (2017).
- Bohli, T., Ouederni, A., Villaescusa, I. Simultaneous adsorption behavior of heavy metals onto microporous olive stones activated carbon: analysis of metal interactions. Euro-Mediterranean Journal for Environmental Integration. 2 (1), 19 (2017).
- Bouhamed, F., Elouear, Z., Bouzid, J., Ouddane, B. Multi-component adsorption of copper, nickel and zinc from aqueous solutions onto activated carbon prepared from date stones. Environmental Science & Pollution Research. 23 (16), 1-6 (2016).
- Wu, L., et al. Surface modification of phosphoric acid activated carbon by using non-thermal plasma for enhancement of Cu(II) adsorption from aqueous solutions. Separation & Purification Technology. 197, (2018).
