הכנת ביומסה מבוססי פחמן Mesoporous עם חנקן גבוה יותר-/ ספיחה chelating חמצן עבור Cu(II) באמצעות פירוליזה קדם מיקרוגל
Summary
כאן, אנו מציגים שיטה למיזוג חנקן/חמצן פחמן mesoporous כפול-מסטול מ ביומסה החשפות כימי במצבים שונים פירוליזה ואחריו השינוי. נדגים פירוליזה מיקרוגל יתרונות תהליך השינוי עוקבות להכיר בו זמנית יותר חנקן וחמצן קבוצות פונקציונליות על הפחמן.
Abstract
טכניקת ידידותיים לסביבה עבור סינתזה mesoporous מבוססי ביומסה הופעל פחמן עם חנקן גבוה- / ספיחה chelating חמצן עבור Cu(II) מוצע. פסולת ספוג בחומצה זרחתית מנוצל כמבשר. כדי pyrolyze מבשר, משמשים שני מצבי חימום נפרדים: מיקרוגל פירוליזה ולא קונבנציונאלי פירוליזה חימום חשמלי. הדגימות פחמן נגזר פסולת הנוצרת עוברות שינוי בשינוי ניטריפיקציה וצמצום. חנקן (N) / קבוצות פונקציונליות חמצן (O) מוצגים בו זמנית על פני השטח של פחם פעיל, שיפור שלה ספיחה של Cu(II) על ידי complexing ויונים. אפיון וניסויים ספיחה נחושת מבוצעות כדי לחקור את המאפיינים physicochemical של הארבעה פחמן מוכן לקבוע איזו שיטת חימום טובות של השינוי עוקבות עבור סימום של קבוצות פונקציונליות N/O. בטכניקה זו, המבוססת על ניתוח נתונים של חנקן ספיחה, ספקטרוסקופיית פורייה אצווה ספיחה ניסויים, הוכח כי pyrolyzed מיקרוגל פחמן יש עוד אתרים פגם ו, לכן, מיקרוגל יעילים לחיסכון בזמן פירוליזה תורם יותר מינים N/O לפחמן, למרות זה מוביל סגולי נמוך יותר. טכניקה זו מציעה מסלול מבטיח סינתזה adsorbents עם חנקן גבוה, תכולת החמצן, קיבולת ספיחה גבוהה יותר של יונים של מתכות כבדות ביישומים תיקונים בשפכים.
Introduction
פחם פעיל יש מאפיינים ייחודיים ספיחה, כגון מבנה נקבובי מפותחת סגולי גבוה, קבוצות פונקציונליות משטח שונים; לכן, זה עובד כמו adsorbent מים טיפול או טיהור1,2,3,4. מלבד היתרונות הפיזיים שלה, פחם פעיל הוא חסכוני ולא מזיק לסביבה, חומר הגלם שלו (למשל, ביומסה) הוא שופע, רכש בקלות5,6. המאפיינים physicochemical של פחם פעיל תלויה את סימנים מקדימים הנמצאים בשימוש בעת הכנתה על תנאי הניסוי של תהליך ההפעלה7.
שתי שיטות משמשים בדרך כלל כדי להכין פחם פעיל: צעד אחד, שני שלבים של הגישה8. הגישה של צעד אחד המונח מתייחס מבשרי להיות מפוחם, מופעל בעת ובעונה אחת, בעוד הגישה שני שלבים מתייחס זה ברצף. על רקע שימור אנרגיה ושמירה על איכות הסביבה, הגישה בשלב אחד היא מועדפת שלו לטמפרטורה נמוכה, לחץ בדרישה.
. חוץ מזה, הפעלת כימיים ופיזיים מנוצלים כדי לשפר את המאפיינים רקמתי של פחם פעיל. הפעלת כימי בעל לכאורה יתרונות הפעלה גופנית בגלל הטמפרטורה ההפעלה התחתונה שלו, זמן הפעלה קצר, תשואה גבוהה יותר פחמן ומבנה יותר מפותח, לשליטה נקבובית ב מסוימים דרגה9. זה נבדק כי הפעלת כימי יכול להתבצע על ידי ביומסה לביצית משמש זינה עם H3פו4, ZnCl2או כימיקלים מסוימים אחרים, ואחריו פירוליזה להגדיל את נקבוביות פחמן activated, כי lignocellulosic רכיבים של ביומסה ניתן להסיר בקלות באמצעות טיפול חימום עוקבות, בשל היכולת דהידרוגנציה של אלה10,כימיקלים11. לפיכך, של כימיים מאוד משפר את היווצרות הנקבוביות של פחם פעיל או משפר את הביצועים adsorptive מעולה מזהמים12. Activator חומצי עדיף H3פו4, בשל הביקוש אנרגיה נמוכה יותר יחסית שלה, תשואה גבוהה יותר, ופחות את ההשפעה על הסביבה13.
מיקרוגל פירוליזה יש את עליונות חיסכון בזמן, חימום פנים אחיד, יעילות האנרגיה, חימום סלקטיבי, שהופך אותו בשיטת חימום חלופיים באמצעות סינתזה של פחמן14,15. לעומת קונבנציונאלי חימום חשמלי, מיקרוגל פירוליזה ניתן לשפר תהליכים thermo-כימית, לקדם תגובות כימיות מסוימות16. לאחרונה, מחקרים מקיפים התמקדו הכנת פחם פעיל על-ידי הפעלת כימי מ ביומסה באמצעות צעד אחד מיקרוגל פירוליזה9,17,18,19. . אז, זה במידה ניכרת אינפורמטיבי וידידותיים לסביבה כדי סינתזה מבוססי ביומסה פחם פעיל על-ידי הפעלת4 3פו H בסיוע מיקרוגל.
בנוסף, כדי לשפר את הזיקות ספיחה של פחם פעיל לקראת יונים ספציפיים של מטאל, הוצע שינוי על ידי heteroatom [N, O, גופרית (S), וכו ‘] אילוח למבנים פחמן, זה הוכיח את עצמו להיות שיטה רצויה 20,21,22,23,24,25,26. אתרים פגומים או בקצוות של שכבה גרפיט יכול להיות מוחלף על ידי heteroatoms כדי ליצור קבוצות פונקציונליות27. לפיכך, השינוי ניטריפיקציה וצמצום משמשים לשינוי פחמן תוצאות דגימות סמים N/O קבוצות פונקציונליות אשר לשחק תפקיד מכריע ביעילות בתיאום עם מתכות כבדות כדי ליצור complexing ויונים28.
על סמך הממצאים הנ ל, אנו מציגים את שיטה למיזוג N/O פחמן mesoporous כפול-מסטול מ ביומסה על-ידי הפעלת כימי, שתי שיטות שונות פירוליזה ואחריו השינוי. פרוטוקול זה גם קובע באיזו שיטת חימום טובות של השינוי שהתפתח עבור סימום של קבוצות פונקציונליות N/O ו, לכן, שיפור הביצועים ספיחה.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה, אחד הצעדים הקריטיים הוא הכנה מוצלחת של mesoporous פחמן עם יותר physicochemical סגולות לפי הגישה בשלב אחד, שבו תנאים אופטימליים ניסיוני צריך להיקבע. אז, הקודם המחקר28, ביצענו מערך אורתוגונלית מיקרוגל פירוליזה ניסויים, שוקל את השפעת היחס הספגה של פסולת, חומצה זרחתית, פירוליזה, תנ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים להכיר את המימון למחקר בסיסי האוניברסיטאות המרכזי של סין (No.KYZ201562), קרן המדע פוסט-דוקטורט (מס 2014 ז 560429) סין ו מפתח מחקר ופיתוח התוכנית של מחוז ג’יאנגסו (מס ‘ 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).
