Подготовка на основе биомассы мезопористых углерода с выше азота-/ адсорбции кислорода Хелатирующие для Cu(II) через предварительно Микроволновая печь пиролиза
Summary
Здесь мы представляем протокол синтезировать азота/кислорода двойной легированных мезопористых углерода из биомассы путем химической активации в режимах различных пиролиза, следуют изменения. Мы демонстрируем, что Микроволновая печь пиролиза выгоды процесса последующих изменений одновременно ввести больше азота и кислорода функциональных групп на углерода.
Abstract
Экологичность техника для синтеза на основе биомассы мезопористых активированного угля с высоким азота- / предлагается адсорбции кислорода Хелатирующие для Cu(II). Жмых, пропитанного фосфорной кислоты используется в качестве прекурсора. Для pyrolyze прекурсоров, используются два режима отдельного нагрева: Микроволновая печь пиролиза и обычных электро Отопление пиролиза. Полученный жмых производные углерода образцы изменяются с изменением нитрификации и сокращения. Азот (N) / кислород (O) функциональных групп одновременно вводятся на поверхности активированного угля, повышение его адсорбции Cu(II) комплексообразования и ионного обмена. Характеристика и медные адсорбции эксперименты выполняются для расследования физико-химических свойств четырех образцов подготовленных углерода и определить, какой метод Отопление благосклонности последующие модификации для легирования N/O функциональных групп. В этой технике, основанный на анализе данных адсорбции азота, преобразование Фурье ИК-спектроскопии и пакетного адсорбции экспериментов доказано, что Микроволновая печь pyrolyzed углерода больше дефект сайтов и, таким образом, экономить время эффективных СВЧ Пиролиз способствует более N/O видов углерода, хотя это приводит к нижней удельной площади поверхности. Эта техника предлагает перспективный маршрут для синтеза адсорбентов с выше азота и кислорода и большей емкости адсорбции ионов тяжелых металлов в сточных вод обновлений приложения.
Introduction
Активированный уголь имеет уникальный адсорбционные свойства, такие как развитой пористой структурой, высокой удельной площади поверхности и различных поверхностных функциональных групп; Таким образом он используется в качестве адсорбента в воде лечения или очистки1,2,3,4. Помимо физических преимуществ активированный уголь экономически эффективных и безвредных для окружающей среды, и ее сырья (например, биомасса), обильные и легко получить в5,6. Физико-химических свойств активированного угля зависят от прекурсоров, которые используются в его подготовке и от экспериментальных условий активации процесса7.
Два метода обычно используются для подготовки активированный уголь: одноэтапной и двухэтапный подход к8. Одноэтапный подход термин относится к прекурсорам карбонизированные и активированы одновременно, в то время как двухэтапный подход относится к этому последовательно. Ввиду сохранения энергии и охраны окружающей среды одноэтапный подход является более предпочтительным для своей низкой температуры и давления требует.
Кроме того химические и физические активации используются для улучшения текстурные свойств активированного угля. Химической активации обладает очевидными преимущества над физической активации из-за его низкой температуре активации, короче время активации, высокий урожай углерода и более развитых и controllable пористую структуру в определенной степени9. Это было проверено, что химической активации может быть выполнена путем пропитки биомассы, используемые в качестве сырья с H3PO4, ZnCl2или других конкретных химических веществ, следуют пиролиза увеличить пористость активированного угля, потому что компоненты лигноцеллюлозных биомассы могут быть легко удалены путем последующих Отопление лечения, благодаря возможности дегидрирования этих химических веществ в10,11. Следовательно химической активации значительно повышает образование пор активированного угля или улучшает производительность адсорбционные загрязнители12. Активатор кислой является предпочтительным для H3PO4из-за его относительно низкой спроса на энергию, высокую урожайность и меньше воздействия на окружающую среду13.
Микроволновая печь пиролиза имеет превосходство в экономии времени, равномерный нагрев интерьера, энергоэффективности и селективного Отопление, что делает его альтернативное Отопление метод синтеза активированного углерода14,15. По сравнению с обычными электрическое отопление, Микроволновая печь пиролиза могут повысить термо химических процессов и поощрения определенных химических реакций16. Недавно обширные исследования были сосредоточены на подготовке активированного угля путем химической активации из биомассы с помощью одношагового Микроволновая печь пиролиза9,17,18,19. Таким образом это значительно информативными и окружающей среды для синтеза на основе биомассы активированного при содействии Микроволновая печь активации4 H3PO.
Кроме того для повышения адсорбции сходство активированного угля к конкретным ионов тяжелых металлов, была предложена модификация гетероатом [N, O, сера (S), и т.д.] допинг в углеродные структуры, и это доказано быть желательным методом 20,21,,2223,24,25,26. Дефектные места в или по краям слоя графита могут быть заменены гетероатомами для создания функциональных групп27. Следовательно нитрификации и сокращение модификации используются для изменения результирующей углерода образцы для допинг N/O функциональные группы, которые играют ключевую роль в эффективной координации с метал сформировать28комплексообразования и ионного обмена.
Основываясь на выводах выше, мы представляем протокол синтезировать N/O двойной легированных мезопористых углерода из биомассы путем химической активации и два разных пиролиза методы следуют изменения. Этот протокол также определяет, какой метод Отопление благосклонности последующие модификации для легирования N/O функциональных групп и, таким образом, повышение производительности адсорбции.
Protocol
Representative Results
Discussion
В настоящем Протоколе одним из важных шагов является успешной подготовки мезопористых углерода с лучше физико-химических свойств одноэтапный подход, где должны быть определены оптимальные экспериментальных условиях. Так в предыдущем исследовании28, мы провели Ортогонал?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают фундаментальные исследования средств для Центральной университетов Китая (No.KYZ201562), Китай, докторантура научного фонда (№ 2014 М 560429) и ключ исследования и разработки плана провинции Цзянсу (No. 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).
