Адсорбенти з вугілля, окисненого азотною кислотою та активованого гідроксидом калію

Анотація

Найбільш ефективним методом отримання вуглецевих адсорбентів з високорозвиненою поверхнею (≥1 000 м2/г) є лужна активація. Її головний недолік – необхідність використання великих кількостей лугу – робить актуальним дослідження, спрямовані на удосконалення процессу. Мета роботи – кількісно оцінити вплив азотнокислотного окиснення довгополуменевого вугілля на пористу структуру та адсорбційні властивості адсорбентів, отриманих лужною активацією при невеликому співвідношенні КОН/вугілля (≤1 г/г). У дослідженні використано експериментальний, аналітичний та порівняльний методи наукового пізнання. Характеристики адсорбентів отримано за даними інфрачервоної спектроскопії, порометрії, кінетики та ізотерм адсорбції 4-хлофенолу, барвника метиленового блакитного та катіонів свинцю з водних розчинів (25°С). Встановлено, що попереднє окиснення вугілля азотною кислотою утворює у вугільному каркасі етерні, естерні, фенольні, карбоксильні і нітрогрупи, що обумовлює приріст ваги вугілля до 16 % та істотно впливає на формування адсорбентів. Збільшення співвідношення HNO₃/карбон вугілля з 0 до 1,0 моль/моль зменшує вихід адсорбенту (з 50,2 % до 33,85 %), підвищує питому площу поверхні (з 1 685 м2/г до 2 216 м2/г) та на 25-51 % покращує адсорбційні властивості. Домінуюча частина (~80 %) впливу відбувається в інтервалі ≤0,4 моль/моль. Порівнянням характеристик пористої структурі адсорбентів встановлено, що окиснення найбільше сприяє утворенню субнанопор і мезопор з діаметром 2-5 нм. Зіставленням адсорбційних властивостей визначено, що адсорбенти з окисненого вугілля адсорбують більшу кількість адсорбатів (в 1,20-1,43 рази) з більшою початковою швидкістю (в 1,2-4,0 рази). Ця властивість адсорбенту дуже важлива для термінового очищення води від високотоксичних сполук. Адсорбент з окисненого вугілля має розвиненішу поверхню і субнанопористу структуру та є більш адсорбційно активним ніж матеріал з неокисненого вугілля. Попереднє окиснення дозволяє суттєво збільшити адсорбційну здатність активованого вугілля вловлювати екотоксиканти з водних середовищ