Адсорбер приора где находится: Клапан адсорбера Приора: ремонт и замена

Содержание

Клапан адсорбера Приора: ремонт и замена

Автомобиль на сегодняшний день — это высокотехнологичное и довольно сложное устройство. Разобраться во всех тонкостях его обустройства простому автолюбителю крайне сложно и практически нереально.

Но все же необходимо, по крайней мере, иметь хоть какие-то понятие об эксплуатации автомобилей. Это позволит вовремя определить возможные технические проблемы и призвать к помощи специалистов по их починке.

В статье рассмотрим такую, с одной стороны, второстепенную деталь как электромагнитный клапан продувки адсорбера Приора, разберем причины его выхода из строя, а также расскажем об основных моментах, на которые следует обратить внимании при его замене.

Понятие клапана адсорбера в автомобиле его внешний вид и предназначение

Такое устройство установлено на всех инжекторных двигателях. Таким же двигателем оснащена и Приора. Клапан адсорбера монтируется в самом устройстве, с виду похожим на банку, наполненную активированным углем. Она устанавливается рядом с бензобаком, и поглощает выделяемые пары бензина.

При помощи угля пары конденсируются и перенаправляются в систему питания мотора. Чтобы такая система работала правильно, ее необходимо постоянно вентилировать. Именно для удаления конденсата и вентиляции служит электромагнитный клапан.

При работе на холостых оборотах либо в холодный период времени года работа клапана адсорбера Приора часто звучит как стрекотание. Многие водители ошибаются, думая, что этот шум вызван неисправностями роликов или газораспределительного механизма, например. Чтобы в этом убедиться, достаточно просто резче нажать на педаль газа. Если после этого стрекот не прекратился, то наверняка это точно наше устройство.

Последствия неисправности клапана

Недостаточное функционирование системы вентиляции и конденсации паров топлива в бензобаке приводят к тому, что бензобак не проветривается как это необходимо. В совокупности существует риск вызвать разрежение, которое приводит к повреждению деформациям, бензонасоса.

Более того, отсутствие вентиляции на Приоре адсорбера вызовет накапливание бензина во впускном коллекторе, что в результате негативно отразится на общей работе двигателя, которая проявится в виде выхода из строя катализатора, лямбда-зонда или засорения свечей и т.п.

Каким образом обнаружить неисправность клапана адсорбера

Чаще всего поломку устройства вызывает возникновение провалов на холостых оборотах, а также слабой тяговитости двигателя. Помимо этого неслышно будет и звуков срабатывания клапана во время непосредственной работы мотора.

Не забывайте внимательно следить за появлением шипения во время отвинчивания крышки бензобака, факт наличия таких звуков свидетельствует о разрежении бака, что говорит о неисправности системы вентиляции. В результате чего возникнет необходимость ремонта, а то и вообще снова купить клапан адсорбера Приоры.

Подробнее о работе адсорбера

Как уже оговаривалось, клапан адсорбера предназначен для улавливания паров топлива. Такие пары накапливаются в специальном сепараторе, затем преобразуются в конденсат и снова попадают в бак. Кроме того, пары бензина, которые остаются, проходят через два клапана данной системы – двухходовый и гравитационный.

Первый регулирует давление в топливном баке. Гравитационный клапан в свою очередь предназначен для того, чтобы в случае переворачивания машины, топливо из бака не вытекало наружу.

Как только пары топлива доходят до самого адсорбера, они сразу же поглощаются активированным углем, о котором уже говорилось. Датчик адсорбера Приора срабатывает во время запуска двигателя, исходя от сигнала контроллера.

Прислушиваясь к теоретикам можно сделать вывод, что из-за неисправности данного узла в автомобиле возможна потеря мощности двигателя и возрастание расхода бензина. На практике же такие отклонения малозаметны.

Замена датчика адсорбера и его проверка

Для проверки и замены датчика адсорбера на Приоре потребуются мультиметр и отрезки проводов.

Для начала снимаем и проверяем адсорбер, для этого подготавливаем к работе автомобиль и, освободив фиксатор, отсоединяем колодку связки проводов от клапана продувки. Щуп мультиметра со знаком « — » подсоединяем к кузову автомобиля («массе»).

В завершении включаем зажигание и замеряем показания напряжения на выводе А колодки связки проводов. Для каждого вывода есть свое обозначение, которое значится на колодке.

Обратите внимание, что напряжение на выводе должно быть ниже 12 В. В том случае, если напряжение на колодку не поступает или оно не достигает 12 В, следовательно, разряжена аккумуляторная батарея или неисправен весь электронный блок управления автомобиля.

Для замены на Приоре клапана адсорбера выключаем зажигание и сдвигаем клапан вверх, освобождая тем самым фиксатор. После чего снимаем его с кронштейна. Чтобы упростить сборку помечаем порядок подсоединения к клапану шлангов маркером.

С помощью крестообразной отвертки ослабляем затяжку хомутов и отсоединяем шланги поочередно. Сначала шланг, соединяющийся с адсорбером, затем шланг, который соединяется с дроссельной заслонкой (корпусом). В завершении заменяем неисправный в Приоре датчик адсорбера.

Не забывайте, что при подаче напряжения на выводы в лада Приора адсорбер должен открыться с характерным клапану щелчком. Собираем клапан в обратной последовательности.

ВАЗ 2170 | Система снижения токсичности

2.8.1 Система снижения токсичности

Принцип работы Условия продувки адсорбера Снятие и проверка адсорбера (все двигатели) Система вентиляции картера (все двигатели) Принцип работы ВНИМАНИЕ В нормальных условиях эксплуатации отверстие для сообщения с атмосферой должно быть открыто. Рис. 2.284. Функциональная схема и расположение элементов системы снижения токсичности: 1 – впускн…

2.8.2 Принцип работы

Сообщение с атмосферой топливного бака осуществляется через адсорбер (улавливатель топливных паров).

Пары бензина удерживаются активированным углем, содержащемся в адсорбере. Пары бензина из адсорбера поступают в двигатель, где и сгорают. Для этого абсорбер соединяется с впускным коллектором с помощью электромагнитного клапана который расположен на чашке брызговика. Принцип действия электромагни…

2.8.3 Условия продувки адсорбера

Управляющий сигнал на электромагнитный клапан продувки адсорбера подается через контакт С-Е1 разъема ЭБУ при следующих условиях: – температура охлаждающей жидкости выше 55 °С; – температура воздуха выше 10 °С; – двигатель не находится в режиме холостого хода; – заданный порог нагрузки достигнут; – датчик положения дроссельной заслонки не находится в положении «холостой ход». При проведении д…

2.8.4 Снятие и проверка адсорбера (все двигатели)

Снятие Адсорбер установлен на топливном баке под автомобилем.

Рис. 2.285. высвобождение крепления адсорбера: 1 – адсорбер Высвободите адсорбер из фиксатора на топливном баке, перемещая его по направлению стрелки (рис. 2.285). Отсоедините трубопроводы подвода паров из топливного бака и к электромагнитному клапану. Рис. 2.286. Снятие адсорбера: 1 – …

Сколько может проработать адсорбер на автомобиле и почему не стоит избавляться от него, делюсь опытом | Авторемонт и техника

На любых легковых автомобилях Евро-2 и уровня выше в авто стоит небольшой «бочонок» адсорбер.

Адсорбер изготовляют с железным или пластмассовым корпусом объёмом более 2 литров, внутри которого находится активированный уголь.

адсорбер на ВАЗ-2114

От каждого адсорбера в автомобиле отходят трубки на клапан продувки и на датчик гравитации находящегося у бензобака.

В зависимости от моделей и марки авто соединения могут быть разные, принцип один и тот же. В дизельных и турбированных двигателях устанавливается дополнительный датчик продувки.

Главное назначение адсорбера – сбор паров топлива и отправка их во время работы двигателя в впускной коллектор. Эффективная польза от адсорбера человеку не ощутима, но при неисправности системы автомобиль становится менее динамичным.

адсорбер на Приоре

При неисправностях из-за системы адсорбера в салоне автомобиля начинается запах топлива «бензина», работа двигателя становится неустойчивой.

Простому автолюбителю не свойственно разбираться в тонкостях системы питания, и они ее упрощают. Основной причиной отказа адсорбера возможно может стать его клапан.

клапан адсорбера на Калине

В случае отказа системы адсорбера многие просто ставят заглушки или устанавливают примитивный топливный фильтр. Отсоединяют провода от клапана адсорбера и по возможности прошивают ЭБУ.

адсорбер на Приоре

Первоначально, после отказа системы продувки адсорбером вроде ничего не происходит. Со временем после коротких стоянок в автомобиле появляется запах топлива и от этого вы можете себя почувствовать плохо.

В топливном баке появляется избыточное давление и при его открытии выходит воздух. Случаются деформации топливного бака из-за избыточного давления.

Фото с сайта https://carfrance.ru

В случае отказа адсорбера или клапана я предлагаю всегда по возможности быстрее восстановить систему сбора топливных паров. Стоимость ремонта станет чуть больше диагностики ЭБУ, плюс покупка бочонка адсорбера.

Подписывайтесь на мой канал здесь , ставьте лайк и делитесь в соцсетях, Спасибо!

Группа в контакте «Авторемонт и техника»

Адсорберы — обзор | Темы ScienceDirect

12.4.2 Удаление

Угольные адсорберы используют активированный уголь в сосудах или канистрах для физического удаления (адсорбции) загрязняющих веществ. Когда разбавленные выхлопные газы проходят через уголь, молекулы газа перемещаются к твердым угольным поверхностям и удерживаются там силами притяжения, которые слабее химических связей. Адсорбция углерода включает два типа систем: регенеративную и одноразовую. В системах с неподвижным слоем древесный уголь может быть «десорбирован» или освобожден от большей части или всех привлеченных ЛОС с использованием пара или горячих дымовых газов.Это позволяет работать в непрерывном режиме, так как один слой может адсорбироваться, а другой регенерируется.

Однако с системой канистр меньшего размера регенерация на месте невозможна, и блоки утилизируются до того, как содержание ЛОС (HAP) в древесном угле достигнет прорывного уровня. Канистры хорошо подходят для малых объемов или прерывистых потоков ЛОС, тогда как для непрерывной работы или от средних до высоких концентраций ЛОС установки с неподвижным слоем более экономичны. В некоторых случаях летучие органические соединения могут быть извлечены из отпарного пара путем конденсации пара и декантации продукта. ¹⁶ Эта комбинированная система очистки может включать конденсацию после адсорбции угля. Как в регенеративных, так и в одноразовых системах размер блока определяется скоростью потока через слои и концентрацией ЛОС. Как и в системах сжигания, 25 процентов НПВ должно быть максимальной концентрацией на входе в любую систему адсорбции углерода. Более высокие концентрации могут представлять проблему безопасности (ответственности), поскольку углеродные слои могут самовозгораться при определенных условиях.Краткое описание применимости адсорбции углем к различным соединениям представлено в таблице 12-3.

Таблица 12-3. Применимость адсорбции углем

Удаляемые загрязнители
Ацетон Бензол Бутилацетат Бутиловый спирт Тетрахлорид углерода Этанол Этиловый спирт Гексан Метилэтилкетон Ксиленхлорид Хлористый метилен	Неудаленные загрязняющие вещества
Альдегиды Амины Гликоли Органические кислоты Фенолы Смолы

Переменными, участвующими в системах определения размеров и цен, являются конкретные удаляемые загрязняющие вещества, их молекулярная масса и НПВ, количество источники и скорость выбросов (фунты / час или тонны / год), количество и продолжительность выбросов (если не непрерывно) и желаемая эффективность удаления. Адсорберы с неподвижным слоем могут обеспечивать эффективность 95% в течение многих циклов; Канистерные блоки следует заменять, когда их КПД падает ниже 90%. Другими переменными, используемыми для определения необходимых количеств древесного угля, являются парциальное давление ЛОС и параметры изотермы, характерные для ЛОС (HAP).

Как правило, правильно спроектированная система адсорбции угля должна обеспечивать удаление 95%. Однако ЛОС сильно различаются по своему сродству к углероду. Некоторые соединения очень эффективно адсорбируются.Другие соединения, особенно спирты, полярные соединения или соединения с очень малой молекулярной массой, не будут хорошо адсорбироваться на угле. Это один из недостатков данной системы удаления. Если в потоке выхлопных газов нет только одного органического соединения, определение размера системы и определение условий прорыва может быть затруднено из-за различной адсорбционной способности различных соединений.

Вариантом двух рассмотренных выше технологий является сочетание адсорбции углем с сжиганием. Этот метод используется, когда в выхлопных газах относительно мало летучих органических соединений (HAP). Чтобы использовать сжигание, более концентрированный выхлоп был бы экономичным. Этот метод также используется, когда выбросы являются прерывистыми, что затрудняет поддержание постоянного потока в мусоросжигательную печь.

Система может включать в себя одиночный углеродный слой или ряд углеродных слоев, образующих то, что называется колесом. Угольные слои используются для поглощения выбросов ЛОС (HAP) в выхлопных газах. Когда слои содержат достаточное количество загрязняющих веществ, слой регенерируют.Затем более концентрированные выхлопные газы направляются в мусоросжигательную печь.

Системы абсорбции газа или скрубберы могут быть подходящим методом контроля выбросов органических веществ при некоторых типах периодических процессов. В системе скруббера органические химические вещества в газовом потоке абсорбируются жидкой очищающей средой. Моющим раствором может быть вода, щелочной раствор или кислотный раствор. Доступны различные типы систем очистки: башни с насадками, скрубберы с пластинчатым ударным механизмом, камеры разбрызгивания и скрубберы Вентури.В зависимости от растворимости ЛОС в потоке выхлопных газов вода может быть подходящей жидкой абсорбирующей средой. Загрязняющие вещества, которые успешно контролируются с помощью очистки воды, включают обычные полярные органические соединения, такие как метанол, изопропиловый спирт и ацетон. Нерастворимые в воде органические соединения теоретически можно контролировать с помощью скрубберов через неполярную жидкую очищающую среду; однако это может быть дорогостоящим в реализации. Химические скрубберы работают аналогично водяным скрубберам; однако именно химическая реакция между очищающей средой и органическими соединениями удаляет загрязняющие вещества из потока выхлопных газов.

Абсорбционные или химические скрубберы должны быть тщательно спроектированы с учетом надлежащего соотношения газа и жидкости и площади поверхности контакта, чтобы гарантировать эффективное удаление ЛОС в потоке газа. Скрубберы могут не подходить для контроля выбросов, содержащих несколько органических соединений. В таких случаях может быть сложно разработать оптимальную систему для эффективного удаления всех или большей части загрязняющих веществ. Кроме того, скрубберы имеют недостаток по сравнению с другими типами систем управления, поскольку они могут генерировать значительное количество сточных вод или отработанного химического промывочного раствора.

Вентиляционные конденсаторы охлаждают поток выхлопных газов до температуры, достаточно низкой для конденсации большей части ЛОС (HAP). Компаунды конденсируются в виде жидкости и стекают обратно в емкость для выдержки. Охлажденная вода может использоваться в случаях, когда существуют высокие точки кипения, но для большинства ЛОС (HAP) требуется система охлаждения, способная охлаждать газовый поток до 0–40 ° F и ниже. Органические пары обычно конденсируются из технологических отверстий для извлечения химикатов, не обязательно для контроля HAP. ¹⁷ Одна охлаждающая система, смонтированная на салазках, может обслуживать потребности нескольких конденсаторов, хотя при этом возникают компромиссы в экономии по мере увеличения тепловых потерь и потерь на трение в трубопроводах. Системы охлаждения, рассчитанные на максимальную скорость конденсации ЛОС, будут автоматически адаптироваться к меньшим расходам. Конденсированные летучие органические соединения могут быть переработаны. В некоторых случаях может потребоваться транспортировка конденсата в другое место для повторного использования, повторного охлаждения или утилизации.

Переменными, определяющими размер и цену охлаждающей конденсаторной системы, являются молекулярная масса, нижний предел взрываемости, удельная теплоемкость, давление пара и теплота испарения загрязняющих веществ, рабочее давление конденсатора (обычно атмосферное), температура на входе, годовые выбросы, поток выхлопных газов. характеристики и желаемый КПД.Эффективность 90% может быть достигнута для многих загрязняющих веществ. Соединения с очень низкими температурами кипения приведут к снижению эффективности удаления.

При применении вентиляционных конденсаторов следует учитывать, присутствует ли водяной пар в потоке выхлопных газов. Конденсационные системы, использующие температуры охлаждения ниже точки замерзания, не подходят для использования с потоком газа, содержащим достаточно водяного пара для образования льда на поверхности конденсатора и, таким образом, снижения производительности.

Конденсаторы также оказались достаточно эффективными для удаления следов металлов.¹⁸

Переход от прошлого к будущему для адсорбентов при очистке красящих сточных вод

3.2. Первоначальные знания (1951–1970)

Основываясь на знаниях прошлых лет об адсорбции красителей, Юинг и Лю [36] изучали адсорбцию кристаллического фиолетового и оранжевого II из водных растворов на анатазе, рутиле и оксиде цинка. Природа используемых адсорбентов начала различаться и приводила к образованию некоторых оксидов. Было обнаружено, что для достижения истинного равновесия требуется до девяти дней перемешивания, и что высокие температуры ускоряют процесс.Было обнаружено, что адсорбция носит физический характер. Уэтстон [37] изучал важность адсорбции красителя в явлениях модификации габитуса кристаллов. Проведены исследования модифицированных кристаллов, в которых адсорбция красителя сопровождается разрастанием молекул красителя. Халдеман и Эммет [38] исследовали специфическую адсорбцию красителей алкилового оранжевого на силикагелях, приготовленных в присутствии этих красителей. Результаты подтвердили, что образцы силикагеля обладают особой адсорбционной способностью по отношению к конкретному алкильному оранжевому, присутствующему во время приготовления геля.Специфичность постепенно исчезла при хранении гелей при комнатной температуре. Прасад и Дей [39] провели более термодинамическое исследование адсорбции красителя, рассчитав теплоту адсорбции конго красного и фуксина с использованием различных образцов водного оксида тория. Порядок теплоты адсорбции соответствовал порядку удельной адсорбции красителей образцами.

На изменение исследований по сравнению с начальными годами исследований адсорбции красителей к будущим более интенсивно указал Брукс [40], который объяснил механизм адсорбции метиленового синего из водных растворов в совершенно разных системах адсорбентов как обычные кремнистые минералы. найдены в пластах нефтяных коллекторов.Три минерала (монтмориллонит, каолинит и кремнеземно-песчаная мука) были приготовлены таким образом, чтобы все участки катионообменной емкости на поверхности минералов были заняты натрием. Изотермы адсорбции красителя метиленового синего были измерены на этих трех минералах, приготовленных в натриевой форме. Другие исследования [41,42] показали изотермы некоторых цианиновых красителей, адсорбированных на поверхности осадков галогенида серебра. Удельные площади осадков были получены из измерений адсорбции аргона и паров бензола.Было обнаружено, что данный цианиновый краситель не обязательно адсорбируется с одинаковой площадью на молекулу в условиях насыщения на каждой из поверхностей хлорида, бромида и иодида серебра. Первый подход к пористым и керамическим адсорбирующим материалам был предпринят в 1969 году Davis et al. [43], который описал адсорбцию красителя на поверхности необработанного и предварительно обработанного керамического сырья. Эти керамические материалы ранее не использовались, поэтому задача была бы очень интересной.Адсорбция красителя на глиноземе, кости, керамических красках и кремне может быть связана с удельной площадью поверхности. Пористые материалы, такие как кремень, демонстрируют эффект гистерезиса, который явно выражается в различии в скоростях адсорбции и десорбции.

3.3. Экономическое развитие (1971–2000)

В этот период было реализовано много изменений, касающихся адсорбции модельных красителей из водных растворов. Были разработаны новые материалы, новые параметры и, в целом, новая философия адсорбции.Iyer et al. [44] представил результаты экспериментального исследования, в котором изучалось влияние электролитов в водной красильной ванне на различные поверхности. В экспериментах анионный прямой краситель Chlorazol Sky Blue FF использовался для окрашивания образцов вискозного волокна, аморфного диоксида титана, кремнезема (аэросила), графена и активированного угля. Были определены адсорбционные термодинамические параметры исследуемых образцов в зависимости от концентрации электролита. Первый подход к окрашиванию сточных вод был разработан Роком и Стивенсом [45], изучая комбинированный процесс, включающий адсорбцию на синтетическом полимере и ионный обмен.Этот процесс имел несколько рабочих и эксплуатационных преимуществ по сравнению с адсорбцией активированным углем. Более полные работы были выполнены в 1975 г. Сетураманом и Раймахашей [46], проведя эксперименты по изучению кинетики адсорбции двух промышленных красителей [метиленового синего (катионного) и серного синего (анионного)] каолинитовой и монтмориллонитовой глинами. Катионный краситель удалялся из водного раствора с непрерывно уменьшающейся скоростью от 10 до 0,07 мг · г ^-1 мин ^-1 с помощью монтмориллонита, тогда как каолинит адсорбировал краситель с более быстрой и равномерной скоростью 16 мг · г ^-1. · мин ⁻¹.Анионный краситель удаляли с постоянной скоростью 2,3 мг · г ^-1 · мин ^-1 каолинитом и 2,6 мг · г ^-1 · мин ^-1 · мин ^-1 · мин монтмориллонитом.

Учитывая экономический бум этого периода, стали приниматься во внимание и другие параметры, кроме чисто научных (pH, кинетика, емкость и т. Д. ). Таким образом, Mitchell et al. [47] исследовали эффективность удаления красителей из текстильных сточных вод с использованием недорогих активированных углей, полученных из различных твердых отходов.Была предпринята попытка первого перехода к экономичным недорогим материалам. В некоторых случаях активированный уголь, полученный из твердых отходов, можно эффективно использовать для удаления остаточного красителя из сточных вод. Эффективность удаления красителя с помощью активированного угля, полученного из твердых отходов, варьировалась от отличной, когда углерод был получен из скорлупы арахиса, до плохой, когда углерод производился из сосновой коры. Растворы основных и прямых красителей были уменьшены до концентрации менее 1 ppm с использованием активированного угля, полученного из шелухи арахиса.До тех пор адсорбция активированным углем казалась наиболее эффективным и экономичным методом доочистки для удаления органических веществ, в том числе красителей. Потенциальными источниками недорогого активированного угля были твердые отходы сельского хозяйства, промышленности и городского хозяйства. Дальнейшая работа над реальными промышленными сточными водами для окрашивания была проделана Маккеем [48], который изучил способность активированного угля Filtrasorb 400 поглощать красители Astrazone Blue (основной) и Telon Blue (кислотный) с использованием периодического равновесия и псевдоожиженного слоя.Уголь адсорбирует от 30% до 80% от собственного веса красителя при равновесии в зависимости от типа красителя и размера частиц адсорбента. Влияние размера частиц адсорбента и скорости потока красителя также изучалось в системах с псевдоожиженным слоем. Подробное исследование адсорбции красителя Telon Blue на угле было также предпринято с использованием неподвижных слоев, и данные были скоррелированы в расчетную модель с использованием метода анализа времени работы на глубине слоя (BDST) [49]. В этот период многие исследователи уделяли особое внимание изучению явлений диффузии молекул красителя на адсорбенты во время процедуры [50,51,52,53].

3.4. 21 век

3.4.1. Активированный уголь

Среди всех адсорбирующих материалов, предложенных в 21 веке, активированный уголь является наиболее популярным для удаления загрязняющих веществ из сточных вод [54,55]. В частности, эффективность адсорбции на промышленном активированном угле для удаления широкого спектра красителей из сточных вод сделала его идеальной альтернативой другим дорогостоящим вариантам очистки [55]. Активированный уголь считается наиболее эффективным адсорбентом благодаря своей большой способности адсорбировать красители.Эта способность в основном обусловлена их структурными характеристиками и пористой текстурой, которая дает им большую площадь поверхности, и их химической природой, которая может быть легко изменена химической обработкой для улучшения их свойств. Ниже приведены некоторые из основных примеров обесцвечивания сточных вод активированным углем.

Адсорбционная способность активированного угля зависит от различных факторов, таких как площадь поверхности, распределение пор по размеру и функциональные группы поверхности на адсорбенте, полярность, растворимость и размер молекул адсорбата, pH раствора и присутствие других ионов в раствор и так далее.Наиболее широко используемые активированные угли являются микропористыми и имеют большую площадь поверхности и, как следствие, демонстрируют высокую эффективность адсорбции низкомолекулярных соединений и более крупных молекул. Также было проведено исследование адсорбции метиленового синего (МБ) на активированном углеродном волокне (ACF). Он использовался в адсорбционных системах, включая удаление вредных газов, благодаря своей большой удельной поверхности, высокой адсорбционной способности, хорошо развитым микропорам, воспроизводимости и технологичности.Было исследовано влияние различных экспериментальных параметров, таких как начальная концентрация MB и масса ACF, на скорость адсорбции. Данные о равновесии хорошо соответствовали уравнению изотермы Фрейндлиха. Измерение адсорбции показывает, что процесс идет очень быстро [56]. Накагава и др. [57] предпринял попытку оценить пористые свойства и гидрофобность активированного угля, полученного из нескольких твердых отходов, а именно отработанного ПЭТ (полиэтилентерефталата), отработанных шин, топлива, полученного из отходов, и отходов, образующихся при молочнокислой ферментации из мусора.Активированные угли, имеющие различное распределение пор по размерам, получали обычным способом паровой активации и способом предварительной обработки (, т.е. , смесь сырья с солью металла, карбонизация и кислотная обработка перед паровой активацией). Характеристики жидкофазной адсорбции органических соединений из водного раствора на активированных углях были определены для подтверждения применимости этих углей, где реактивный краситель (Reactive Black 5) использовался в качестве типичного адсорбата.Авторы сообщили, что активированный уголь с обильными мезопорами, полученный из ПЭТ и отработанных шин, обладает довольно высокой адсорбционной способностью по отношению к большим молекулам. Поэтому они полезны для очистки сточных вод, особенно для удаления объемных адсорбатов. Ли и др. [58] сообщил о замещении атразина сильно конкурирующей фракцией природного органического вещества (NOM) в системах периодической и непрерывной адсорбции порошкового активированного угля (PAC). Было обнаружено, что степень вытеснения атразина под действием NOM зависит от типа PAC, в то время как скорость замещения зависит от типа PAC, а также от дозы углерода.Choy et al. [59] сообщил об адсорбции трех кислотных красителей: Acid Blue 80 (AB 80), Acid Red 114 (AR 114) и Acid Yellow 117 (AY 117) на активированном угле. В той же статье они также сообщили изотермы адсорбции для трех отдельных компонентов (AB 80, AR 114, AY 117) и трех бинарных компонентов (AB 80 + AR 114, AB 80 + AY 117, AR 114 + AY 117). , адсорбция красителей на активированном угле. Было проведено сравнение четырех моделей для прогнозирования изотерм многокомпонентной равновесной сорбции, чтобы определить наилучшие для прогнозирования или корреляции данных бинарной адсорбции. Эти четыре модели представляют собой расширенную изотерму Ленгмюра, упрощенную модель, основанную на однокомпонентных факторах равновесия, модифицированную расширенную изотерму Ленгмюра с постоянным коэффициентом взаимодействия и модифицированную расширенную изотерму Ленгмюра, включающую фактор взаимодействия, зависящий от покрытия поверхности. Адсорбция трихлорэтилена (ТХЭ) двумя ACF и двумя гранулированными активированными углями, предварительно загруженными гидрофобными и трансфильными фракциями NOM, была исследована Karanfil et al. [60]. Кроме того, Kannan et al. Сообщили о кинетике и механизме адсорбции МБ на коммерчески активированном угле и активированных углях, полученных из бамбуковой пыли, скорлупы кокосового ореха, скорлупы арахиса, рисовой шелухи и соломы. [61]. Вклад Jirankova et al. [62] посвящены изучению комбинированного адсорбционно-мембранного процесса удаления органических красителей. Адсорбционное равновесие и кинетика сорбции Эгкислоты красной на ПАУ изучались в периодических экспериментах. Адсорбционные колонны с коническим слоем, в которых используется активированный уголь, были использованы для изучения удаления двух органических загрязнителей, кислотного красителя и парахлорфенола, из водных стоков McKay et al. [63]. Изотермы равновесной сорбции были измерены для определения насыщающей способности (Q _e) каждого загрязнителя с помощью угля Chemviron Filtrasorb 400 для работы адсорбционных колонн непрерывного действия.Изотерма Редлиха – Петерсона (R – P) дает наилучшую модель для описания процесса сорбции этих органических загрязнителей. Традиционная модель времени обработки пласта на глубине (BDST) ранее не применялась к конусообразным пластам, поскольку линейная скорость жидкости постоянно изменяется вдоль колонны. Несколько других авторов [64,65] также тестировали активированный уголь на адсорбцию различных красителей. Pereira et al. [66] сообщил, что химический состав поверхности коммерчески активированного угля был избирательно модифицирован без значительного изменения его текстурных свойств с помощью химической обработки с использованием HNO ₃, H ₂ O ₂, NH ₃, и термическая обработка в потоке H ₂ или N ₂, и они обнаружили, что химический состав поверхности активированного угля играет ключевую роль в эффективности адсорбции красителя. Для катионных красителей (основных) кислотные кислородсодержащие поверхностные группы показывают положительный эффект, но термически обработанные образцы по-прежнему демонстрируют хорошие характеристики, показывая существование двух параллельных механизмов адсорбции, включающих электростатическое и дисперсионное взаимодействия. Выводы, полученные для каждого красителя в отдельности, были подтверждены при удалении цвета из реальных сточных вод текстильного производства.

Еще одним источником активированного угля являются отходы сельского хозяйства. Очень подробный обзор Demirbas [67] и Sharma [68] сообщил о большом количестве сельскохозяйственных отходов и различных неиспользуемых частях растений, которые предлагали недорогой и возобновляемый дополнительный источник активированного угля (AC).Эти отходы имеют небольшую экономическую ценность или не имеют ее вообще и часто создают большие проблемы с удалением. Таким образом, эти отходы используются в обработанных и необработанных формах для удаления красителей. Шарма описывает широкий спектр активированного угля, полученного из агроотходов, таких как сосновая древесина, кукурузный початок, фруктовые косточки, скорлупа орехов, кожура маниоки, кожура тапиоки, бамбук, жмых, рисовая шелуха, кора, листья и использованные чайные листья. [68].

Применение активированного угля, приготовленного из рисовой шелухи, было оценено как потенциальный адсорбент для удаления малахитового зеленого, и было обнаружено, что он обладает хорошей адсорбционной способностью по сравнению с активированным углем, полученным из кожуры банана [69], финиковых косточек [70], риса. шелуха [61], древесные опилки [71], апельсиновая корка [69] и пыль сахарного тростника [72].Гарг и др. [73] продемонстрировал, что эффективность адсорбции опилок, обработанных серной кислотой, была выше, чем опилок, обработанных формальдегидом, для удаления малахитовой зелени. Был сделан вывод, что эффективность адсорбции ACR (активированного угля) не зависит от pH, в то время как pH = 6–9 является оптимальным для удаления красителя с помощью SDC (угольные опилки, обработанные серной кислотой) и SD (опилки). Было обнаружено, что адсорбция золы, приготовленной из рисовой шелухи, является эффективным адсорбентом из-за ее большой площади поверхности и объема.Расчетная максимальная емкость монослоя составляла 690 мг / г. Более того, адсорбция была максимальной на золе по сравнению с активированным углем, полученным из рисовой шелухи после прокаливания, из-за присутствия как диоксида кремния, так и углерода. Были исследованы адсорбционные характеристики Direct Red 23 (DR 23) на коре мангрового дерева (Rhizopus apiculata), предварительно обработанной формальдегидом в кислой среде, и было обнаружено, что сорбция красителя снижается при высоких значениях pH в соответствии с механизмом ионного обмена. адсорбции и максимального удаления было 2.Установлено, что монослойная сорбционная емкость модифицированной коры для сорбции Direct Red 3 (DR 3) составляет 21,55 мг / г.

Однако активированный уголь имеет ряд недостатков [27]. Он довольно дорогой, чем выше качество, тем дороже, неизбирательный и малоэффективный в отношении дисперсных и кубовых красителей. Регенерация насыщенного углерода также дорога, непроста и приводит к потере адсорбента. Реактивация или регенерация активированных углей включает восстановление адсорбционной способности насыщенного активированного угля путем десорбции адсорбированных загрязняющих веществ на поверхности активированного угля.

Самым распространенным методом регенерации, применяемым в промышленных процессах, является термическая реактивация [74]. Процесс термической регенерации обычно состоит из трех этапов [75]: (i) сушка адсорбента при температуре приблизительно 105 ° C; (ii) высокотемпературная десорбция и разложение (500–900 ° C) в инертной атмосфере; и (iii) остаточная органическая газификация окисляющим газом (пар или двуокись углерода) при повышенных температурах (800 ° C).

Стадия термообработки использует экзотермический характер адсорбции и приводит к десорбции, частичному крекингу и полимеризации адсорбированных органических веществ.Последний этап направлен на удаление обугленных органических остатков, образовавшихся в пористой структуре на предыдущем этапе, и повторное обнажение пористой углеродной структуры, восстановление ее исходных характеристик поверхности. После обработки адсорбционную колонку можно использовать повторно. За цикл адсорбционно-термической регенерации выгорает от 5 до 15 мас.% Углеродного слоя, что приводит к потере адсорбционной способности [76]. Термическая регенерация — это высокоэнергетический процесс из-за высоких требуемых температур, что делает его энергетически и коммерчески дорогим процессом [75].Установки, которые полагаются на термическую регенерацию активированного угля, должны быть определенного размера, прежде чем станет экономически целесообразным наличие регенерационных установок на месте. В результате небольшие предприятия по переработке отходов обычно отправляют свои ядра с активированным углем на специализированное предприятие для регенерации, что увеличивает и без того значительный углеродный след процесса [77].

Текущие опасения по поводу высокой энергии / стоимости термической регенерации активированного угля стимулировали исследования альтернативных методов регенерации для уменьшения воздействия таких процессов на окружающую среду. Хотя некоторые из упомянутых методов регенерации остались областями чисто академических исследований, в промышленности использовались некоторые альтернативы системам термической регенерации. Текущие альтернативные методы регенерации: (i) химическая регенерация и регенерация растворителем [78]; (ii) микробная регенерация [79]; (iii) электрохимическая регенерация [80]; ультразвуковая регенерация [81]; и (iv) окисление влажным воздухом [82].

3.4.2. Адсорбенты на основе хитозана

Существует множество литературы, посвященной оценке адсорбционных характеристик сырого хитозана, особенно с точки зрения адсорбционной способности (количества адсорбированного красителя) или поглощения.В периодической системе определение скорости поглощения красителя материалом на основе хитозана часто основывается на состоянии равновесия адсорбционной системы. На данный момент изучено не менее 100 красителей, в основном анионных. Хитозан имеет чрезвычайно высокое сродство ко многим классам красителей. В частности, он продемонстрировал выдающуюся способность удаления анионных красителей, таких как кислотные, реактивные и прямые красители. Это связано с его уникальной поликатионной структурой. Эффективность хитозана из-за его способности взаимодействовать с красителями изучалась многочисленными исследователями.Хуанг и его сотрудники [83,84,85] продемонстрировали полезность хитозана для удаления реактивных красителей. Они обнаружили, что максимальная адсорбционная способность хитозана для RR 222 (реактивный красный), RB 222 (реактивный синий) и RY 145 (реактивный желтый) составляла 1653, 1009 и 885 мг / г соответственно [84]. Annadurai [86,87,88] и Crini et al. [89] также сообщил, что хитозан может быть полезным адсорбентом для сточных вод текстильных фабрик из-за его высокой адсорбционной способности. Узун и Гузель [90,91,92,93] отметили, что хитозан можно использовать для изучения адсорбции красителей по сравнению с большинством других адсорбентов.Этот полисахарид показал более высокую способность к адсорбции красителей, чем CAC (коммерческий активированный уголь) и другие недорогие адсорбенты, согласно обзору Crini [94]. Ким и Чо [95] также указали, что количество RB 5, адсорбированного на шариках хитозана, намного больше, чем на САС. К аналогичным выводам пришли Lima et al. № [96] для адсорбции BB 9 (основной синий). Группа Маккея [97, 98, 99] недавно опубликовала серию статей о способности хитозана действовать как эффективный адсорбент для удаления кислотных красителей из водного раствора.Адсорбционная способность (насыщение) монослоя составила 973,3, 922,9, 728,2 и 693,2 мг красителя на грамм хитозана для AO 12 (кислотный оранжевый), AO 10 (кислотный оранжевый), AR 73 (кислотно-красный) и AR. 18 (кислотно-красный) соответственно [97]. Взаимодействие между хитозаном и анионными красителями также интенсивно исследовалось Гибалом и его сотрудниками [100,101,102,103]. Их исследования ясно показали, что хитозан обладает естественной селективностью по отношению к молекулам красителя и очень полезен для очистки сточных вод.Они сообщили, что адсорбционная способность составляет от 200 до 2000 ммоль / г для хитозана и от 50 до 900 ммоль / г для CAC [102]. Они пришли к выводу, что хитозан демонстрирует двукратное или более увеличение адсорбционной способности по сравнению с CAC в случае кислотных, прямых, реактивных и протравных красителей. Наилучший выбор адсорбента между CAC и хитозаном зависит от красителя, однако невозможно было определить корреляцию между химической структурой красителя и его сродством ни к углероду, ни к хитозану.

Однако сильным преимуществом хитозана является его модифицирующая способность. Основная идея модификаций — внести различные изменения в структуру хитозана для улучшения его свойств (емкость, устойчивость, и т.д. ). В частности, несколько исследователей предложили определенные модификации основной цепи хитозана для улучшения его адсорбционной способности. Эти модификации реализуются реакциями прививки [89,104]. Модификации могут улучшить эффективность удаления хитозана и селективность по отношению к красителям, изменить физические и механические свойства полимера, контролировать его диффузионные свойства и снизить чувствительность адсорбции к условиям окружающей среды. Многие ученые предлагали химическую прививку определенных лигандов [105,106]. Однако единственный класс, к которому хитозан [107] имеет низкое сродство, — это основные (катионные) красители. Для решения этой проблемы предлагается использование N -бензилмоно и дисульфонатных производных хитозана для усиления его гидрофобных адсорбционных свойств катионного красителя и повышения его селективности [89,104]. Эти производные могут быть использованы в качестве гидрофобных адсорбентов в кислой среде без каких-либо реакций сшивания. Для усиления и дальнейшего развития высоких потенциалов хитозана необходимо добавлять / вводить химические заместители в определенное положение контролируемым образом [107].Эта химическая дериватизация способствует новым адсорбционным свойствам, в частности, в отношении основных красителей в кислой среде или реактивных / кислотных красителей в основной среде. Другое исследование касается ферментативной прививки карбоксильных групп на хитозан как средства, придающего способность адсорбировать основные красители на шариках [107]. Присутствие новых функциональных групп на поверхности шариков приводит к увеличению поверхностной полярности и плотности адсорбционных центров и, следовательно, к улучшенной селективности адсорбции для целевого красителя. Другие исследования показали, что способность хитозана избирательно адсорбировать красители может быть дополнительно улучшена путем химической дериватизации.Новые материалы на основе хитозана с длинными алифатическими цепями разработаны путем взаимодействия хитозана с жирными кислотами и глицидильными фрагментами [108]. Таким образом, эти продукты могут быть использованы в качестве эффективных адсорбционных материалов как для анионных, так и для катионных красителей. Другие исследователи предложили использовать производные хитозана с привитым циклодекстрином в качестве новых производных хитозана для удаления красителей [109, 110]. Эти материалы характеризуются более высокой скоростью адсорбции и общей эффективностью, чем у исходного полимера хитозана [107].

Чистая форма порошка хитозана (необработанная) имеет некоторые недостатки, такие как неудовлетворительные механические свойства и плохая термостойкость. Другим важным ограничением чистой формы является ее растворимость в кислой среде, и, следовательно, ее нельзя использовать в качестве нерастворимого адсорбента в этих условиях (кроме как после физической и химической модификации). Основной метод преодоления этих ограничений — преобразование необработанного полимера в форму с более привлекательными физическими характеристиками.Итак, сшитые бусины были разработаны и предложены. После сшивки эти материалы сохраняют свои свойства и исходные характеристики [111], в частности их высокую адсорбционную способность, хотя эта химическая модификация приводит к снижению плотности свободных аминогрупп на поверхности адсорбента, в свою очередь, к снижению реакционной способности полимера в сторону ионы металлов [100,101]. Сшивающий агент очень важен. Поэтому многие исследователи изучали поведение хитозана, приготовленного с различными сшивающими агентами, такими как глутаральдегид (GLA), триполифосфат натрия (TPP), эпихлоридрин (EPI), диглицидиловый эфир этиленгликоля (EGDE), и т. Д. [18,20,112,113]. Подтверждено изменение адсорбционной способности; результаты показали, что шарики хитозана-EPI обладают более высокой адсорбционной способностью, чем GLA и EGDE [20,113]. Они сообщили, что эти материалы могут использоваться для удаления реактивных, прямых и кислотных красителей. Было обнаружено, что 1 г хитозана адсорбировал 2498, 2422, 2383 и 1954 мг различных реактивных красителей (Reactive Blue 2; Reactive Red 2; Direct Red 81 и Acid Orange 12 соответственно) [18]. Для сравнения указано, что адсорбционная способность промышленного активированного угля по отношению к химически активным красителям обычно варьируется от 280 до 720 мг / г.Другое преимущество EPI заключается в том, что он не устраняет катионную аминовую функцию полимера, которая является основным местом адсорбции для привлечения анионных красителей во время адсорбции [113]. Сшивание с GLA (образование иминовых функций) или EDGE снижает доступность аминных функций для комплексообразования красителей. При высоком коэффициенте сшивки резко снижается поглощающая способность. Среди условий реакции сшивания, которые имеют большое влияние на адсорбцию красителя, является химическая природа сшивающего агента, как упомянуто выше, а также степень реакции.В общем, адсорбционная способность зависит от степени сшивки и уменьшается с увеличением плотности сшивки. Когда шарики хитозана были сшиты с GLA в гетерогенных условиях, было обнаружено, что адсорбционная способность насыщения реактивных красителей на сшитом хитозане экспоненциально снижалась с 200 до 50 мг / г по мере того, как степень сшивания увеличивалась с 0 до 1,5. моль GLA на моль амина. Это происходит из-за ограниченной диффузии молекул через полимерную сеть и пониженной гибкости полимерной цепи.Кроме того, потеря сайтов связывания аминогруппы в результате реакции с альдегидом является еще одним важным фактором в этом уменьшении. Однако стадия сшивания была необходима для улучшения механической стойкости, для повышения устойчивости материала к кислотам, щелочам и химическим веществам, а также для увеличения адсорбционной способности хитозана. Согласно литературным данным [18, 20, 112, 113], адсорбционная способность несшитых шариков была больше, чем у поперечно сшитых шариков в тех же экспериментальных условиях. Материалы, в основном сшитые с использованием GLA, также были предложены несколькими исследователями в качестве эффективных адсорбентов красителей [109,111].Реакция хитозана с GLA приводит к образованию иминных групп, что, в свою очередь, приводит к уменьшению количества аминогрупп, что приводит к снижению адсорбционной способности, особенно для красителей, адсорбируемых посредством ионообменных механизмов. Кроме того, следует отметить, что сшивание может изменить кристаллическую природу хитозана, как показывают дифрактограммы рентгеновской дифракции (XRD). После реакции поперечного сшивания наблюдалось небольшое увеличение кристалличности хитозановых гранул, а также увеличивалась доступность мелких пор материала.

Из этого краткого обзора литературы очевидно, что хитозан может быть использован в качестве интересного инструмента для очистки сточных вод, содержащих краситель, из-за его выдающейся адсорбционной способности.

3.4.3. Недорогие сельскохозяйственные отходы в качестве адсорбентов

Было много попыток найти недорогие и легкодоступные адсорбенты для удаления загрязняющих веществ, таких как твердые сельскохозяйственные отходы, где в соответствии с их физико-химическими характеристиками и низкой стоимостью они могут быть хорошими потенциальными адсорбентами [114].Сельскохозяйственная продукция доступна в больших количествах по всему миру; таким образом отбраковывается большое количество отходов. показывает сельскохозяйственное производство (т / год) в некоторых странах. Сельскохозяйственные отходы — это лигноцеллюлозные материалы, состоящие из трех основных структурных компонентов: лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы. Эти компоненты вносят свой вклад в массу и имеют высокий молекулярный вес. Лигноцеллюлозные материалы также содержат экстрактивные структурные компоненты, которые имеют меньший размер молекулы [67].Сельскохозяйственные отходы возобновляемы, доступны в больших количествах и менее дороги по сравнению с другими материалами, используемыми в качестве адсорбентов. Сельскохозяйственные отходы лучше других адсорбентов, поскольку сельскохозяйственные отходы обычно используются без или с минимальной обработкой (промывкой, сушкой, измельчением) и, таким образом, сокращают производственные затраты за счет использования дешевого сырья и устранения затрат на электроэнергию, связанных с термической обработкой [115 ]. Существуют конкретные альтернативные побочные продукты сельского хозяйства, интенсивно используемые в качестве адсорбентов красителей, такие как шелуха арахиса, сердцевина кокосового волокна и шелуха риса, как указано в, где показаны предыдущие исследования адсорбции различных красителей с использованием адсорбентов на основе твердых сельскохозяйственных отходов.

Таблица 1

Предыдущие исследования адсорбции красителей с использованием адсорбентов на основе твердых сельскохозяйственных отходов.

Быстрый желтый Арахисовая шелуха

Адсорбент	Краситель	Каталожный номер
Жом сахарной свеклы	Гемазол бирюзовый-G	[116]
Порошок арахисовой шелухи		[117]
Зола рисовой шелухи	Индигокармин	[118]
Химически модифицированная арахисовая шелуха	Метиленовый синий, бриллиантовый крезиловый синий, нейтральный красный, желтый закат, светлый зеленый	[119]
Арахисовая шелуха	Метиленовый синий, бриллиантовый крезиловый синий, нейтральный красный	[120]
Активированный уголь с сердцевиной кокосового волокна	Реактивный оранжевый 12, реактивный красный 2, реактивный синий 4	[121]
Активированный уголь из сердцевины кокосового волокна	Красный конго	[3]
Уголь из сердцевины кокосового волокна	Метиленовый синий 900 18	[122]
ZnCl ₂ активированный сердцевинный уголь из кокосового волокна	Кислотный бриллиантовый синий, кислотный фиолетовый, метиленовый синий, родамин B	[123]
Кокосовый ядро	Кислотно-фиолетовый	[71 ]
Рисовая шелуха активированный уголь	Малахитовая зелень	[124]
Пористый углерод на основе рисовой шелухи	Малахитовая зелень	[125]
Рисовая шелуха	Конго красный	[ 126]
Отходы чая	Метиленовый синий	[127]
Порошок коры сосны хвойных	Кристаллический фиолетовый	[128]
Активированный уголь апельсиновой корки	Direct Blue-106	[129]
Опилки нима	Малахитовая зелень	[130]
Уголь из семян гуавы	Кислотно-синий 80	[131]
Арахисовая шелуха	Черный реактивный 5	[132]
Активированный уголь люфа	Активированный оранжевый	[133]
Абрикосовый активированный уголь	Астразоновый желтый 7 GL	[134]
Скорлупа миндаля	Прямой красный 80	[135]
Лимонная цедра	Малахитовая зелень	[136]
Летучая зола из багассы	Метиловый фиолетовый	[137]
Активированный уголь Polygonum orientale Linn	Малахитовый зеленый	[138]

3.

4.4. Грибы, бактерии, водоросли

Три новых модных категории недавней литературы по обесцвечиванию красящих сточных вод с помощью адсорбции — это грибы, бактерии и водоросли [139].

Большое количество грибковых организмов способны обесцвечивать широкий спектр красителей [140,141]. Многие виды грибов использовались либо в живой, либо в инактивированной форме. Использование грибов белой гнили, таких как Phanerochaete chrysosporium , для обесцвечивания текстильных сточных вод широко описано в литературе [142,143,144,145,146,147,148,149].Помимо грибов белой гнили, существуют различные грибы, такие как Aspergillus niger [141, 150, 151], Rhizopus arrhizus [152], Rhizopus oryzae [153], которые также могут обесцвечивать и / или биосорбировать различные красители. Для живых клеток основным механизмом является биодеградация, поскольку они могут продуцировать ферменты, модифицирующие лигнин, лакказу, пероксидазу марганца (MnP) и пероксидазу лигнина (LiP), которые из-за своей неспецифической активности являются первым шагом в процессе минерализации красителей [ 154]. Относительный вклад LiP, MnP и лакказы в обесцвечивание красителей может быть различным для каждого гриба. Помимо биодеградации, механизм биосорбции также может играть важную роль в обесцвечивании красителей живыми грибами. Для мертвых клеток механизмом является биосорбция, которая включает физико-химические взаимодействия, такие как адсорбция, осаждение и ионный обмен. Обесцвечивание сточных вод красителей грибковой биомассой было подробно рассмотрено Фу и Вирарагхаваном [140], Каушиком и Маликом [155] и Сингхом [156].Имеется ограниченная информация о взаимодействиях между мертвой биомассой грибов и различными красителями со сложной молекулярной структурой. Fu и Viraraghavan [157] изучали роль функциональных групп, таких как карбоксильные, амино, фосфатные и липидные фракции, присутствующие в биомассе грибов из Aspergillus niger , в биосорбции четырех различных красителей. При биосорбции Basic Blue 9 на Aspergillus niger было обнаружено, что карбоксильные и аминогруппы являются основными сайтами связывания, в то время как при биосорбции Acid Blue 29 основным сайтом была только аминогруппа, и считалось, что электростатическое притяжение является основным участком связывания. первичный механизм.При биосорбции конго красного амино, карбоновые кислоты, фосфатные группы и липидные фракции оказались важными участками связывания, и, помимо электростатического притяжения, в биосорбцию также были вовлечены другие механизмы. Было обнаружено, что при биосорбции Disperse Red 1 физическая и химическая адсорбция наряду с электростатическим притяжением является механизмом биосорбции, в то время как аминогруппы и липидные фракции являются основными сайтами связывания.

Большинство исследований было сосредоточено на изучении способности бактерий к биоразложению / обесцвечиванию [158], и меньше внимания уделялось использованию мертвой бактериальной биомассы для биосорбции красителей.В 2005 году Won et al. [159] идентифицировал Corynebacterium glutamicum как потенциальный биосорбент реактивного красного 4, который может связывать 104,6 мг / г при pH 1. Существуют два основных типа бактерий: грамположительные и грамотрицательные. Грамположительные бактерии состоят из толстого пептидогликанового слоя, соединенного [160, 161] аминокислотными мостиками. В стенку грамположительных клеток встроены полиспирты, некоторые из которых связаны липидами с образованием липотейхоевой кислоты. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий тоньше и состоит всего на 10–20% пептидогликана [162].Кроме того, клеточная стенка содержит дополнительную внешнюю мембрану, состоящую из фосфолипидов и липополисахаридов. Способ поглощения растворенного вещества мертвыми / неактивными клетками внеклеточный; химические функциональные группы клеточной стенки играют жизненно важную роль в биосорбции. Процессы биоразложения могут быть анаэробными, аэробными или включать их комбинацию. Способность актиномицетов, особенно видов Streptomyces, обесцвечивать и разрушать текстильные красители широко исследовалась. В исследовании Ху [163] три грамотрицательных бактерии ( Aeromonas sp.; Pseudomonas luteola ; и Escherichia coli ), две грамположительные бактерии ( Bacillus subtilis и Staphylococcus aureus ) и активный ил (состоящий как из грамотрицательных, так и из грамположительных бактерий) были использованы в качестве биосорбентов для удаления реактивных красителей, таких как как реактивный синий, реактивный красный, реактивный фиолетовый и реактивный желтый. Мертвые клетки тестируемых родов показали более высокое поглощение, чем живые клетки, из-за увеличенной площади поверхности, а грамотрицательные бактерии имели более высокую адсорбционную способность, чем грамположительные бактерии, из-за более высокого содержания липидов в части клеточной стенки.Способ поглощения растворенного вещества мертвыми / неактивными клетками является внеклеточным, и химические функциональные группы клеточной стенки играют жизненно важную роль в биосорбции. Функциональные группы, присутствующие на стенке бактериальной клетки, включают карбоксильные, фосфонатные, аминные и гидроксильные группы [164]. Некоторые молекулы красителя, которые существуют в растворах в виде катионов красителей, также притягиваются к карбоксильной группе и другим отрицательно заряженным группам. Кроме того, аминогруппы адсорбируют анионные красители за счет электростатического взаимодействия или водородных связей.Виджаярагаван и Юн [165] наблюдали, что аминогруппы Corynebacterium glutamicum ответственны за связывание реакционноспособных анионов красителя посредством электростатического притяжения. Карбоксильные, аминные, фосфонатные, сульфонатные и гидроксильные группы были признаны ответственными за связывание красителя.

Было обнаружено, что водоросли являются потенциальными биосорбентами из-за их доступности как в пресной, так и в морской воде. Биосорбционная способность водорослей объясняется их относительно большой площадью поверхности и высоким сродством связывания.Свойства клеточной стенки водорослей играют важную роль в биосорбции; Электростатическое притяжение и комплексообразование, как известно, имеют место во время биосорбции водорослей [166]. Функциональные группы, такие как гидроксил, карбоксилат, амино и фосфат, обнаруженные на поверхности клеток водорослей, считаются ответственными за улавливание загрязняющих веществ из сточных вод. Удаление красителя, особенно с использованием водорослей, может быть связано с накоплением ионов красителя на поверхности биополимеров водорослей и, кроме того, с диффузией молекул красителя из водной фазы в твердую фазу биополимера [167]. Внеклеточные полимеры состоят из поверхностных функциональных групп, которые усиливают сорбцию молекул красителя на поверхности полимера (флок) во время процесса удаления красителя [168, 169]. Высвободившиеся промежуточные продукты метаболизма (длинноцепочечные биополимеры), которые обладают превосходной коагуляционной способностью, наряду с красителем, остающимся в водной фазе, имеют тенденцию адсорбироваться на поверхности полимеров и оседать (биокоагуляция) [169]. Mohan et al. [169] изучали удаление реактивного желтого 22 красителя с помощью активного Spirogyra sp .и сообщили, что механизм удаления красителя можно объяснить биосорбцией, биоконверсией и биокоагуляцией. В то время как удаление красителя Acid Red 274 с использованием инактивированной системы Spirogyra rhizopus было приписано биосорбции и биокоагуляции [167]. Исследование Ozer et al. [167] выявил потенциальную способность водорослей Spirogyra rhizopus обесцвечивать синтетические сточные воды, содержащие исходную концентрацию красителя Acid Red 274 от 25 до 1000 мг / л. Практически полное удаление красителя Acid Red 274 из синтетических сточных вод с конечной концентрацией ниже 25 мг / л было достигнуто с использованием Spirogyra rhizopus , полученного в результате биокоагуляции и биосорбции.

3.4.5. Наноматериалы

Относительно новая категория адсорбентов (особенно в отношении их размера) — это наноматериалы. После 1995 г. были предприняты некоторые попытки приготовить и использовать эти наноразмерные материалы для обесцвечивания сточных вод или простого удаления красителей из водных систем.

Необработанная попытка была предпринята Ву и сотрудниками [170], которые исследовали адсорбцию нескольких анионных красителей на наноразмерных частицах диоксида кремния, модифицированных оксидом алюминия, различного состава. Эти ядра из диоксида кремния имели те же поверхностные свойства, что и оксид алюминия, диспергированный в водных растворах.Хан и др. [171]. изучили синтез нуль-валентного железа в нанометровом масштабе (NZVI) и протестировали его для очистки сточных вод, загрязненных основным красителем blue 3. В другом исследовании [172] нанопористый диоксид кремния (NPS) со средним диаметром пор 2,4 нм и площадью поверхности 949 м ² / г был синтезирован с использованием этоксилированного децилэфира нонилфенола (NP-10) и этилсиликата. 40% (ETS-40) в кислой среде. Адсорбент, функционализированный ионной жидкостью, получали прививкой хлорида N -метил- N ‘-пропилтриметоксисилилимидазолия на NPS для удаления метилового оранжевого.Кроме того, Махмоди использовал наночастицы феррита никеля (NFN) в качестве наноматериала красителя [173]. Изучена модификация поверхности NFN с помощью додецилсульфата натрия (SDS). Была исследована способность NFN к удалению красителя и NFN с модифицированной поверхностью (NFN-SDS). В качестве модельных соединений использовали Basic Blue 41 (BB 41), Basic Green 4 (BG 4) и Basic Red 18 (BR 18). Максимальная адсорбционная способность красителя составляла 0,50 мг / г (BB 41), 0,41 мг / г (BG 4) и 0,25 мг / г (BR 18) для NFN и 111 мг / г (BB 41), 17 мг / г ( BG 4) и 44 мг / г (BR 18) для NFN-SDS. Zhai et al. [174] сообщил об электрохимическом синтезе пористых массивов нанолент Pr (OH) ₃ (NBA), массивов нанопроволок (NWA), пучков нанопроволок (NWB) и нанопроволок (NW), а также их применения в качестве поглотителей красителей при очистке воды. . Эти наноструктуры Pr (OH) ₃ продемонстрировали высокоэффективную и селективную адсорбцию красителей с функциональными аминогруппами (-NH ₂), такими как конго красный, реактивный желтый и реактивный синий.

Лю и Чжан [175] изучали адсорбционные свойства наноглины (активированные глины кислотной обработкой или кальцинацией, органически модифицированные глины с небольшими молекулами или полимерами) для адсорбции и удаления органических красителей из водных растворов.В целом, глины — это природные экологически чистые материалы с высокой удельной поверхностью, которые в настоящее время широко используются для адсорбции и удаления органических загрязнителей.

Исследование Cheung et al. Код [176] основан на приготовлении эмульсии нанохитозана в виде суспензии путем добавления раствора триполифосфата в раствор хитозана по каплям. Адсорбционная способность четырех кислотных красителей, а именно Acid Orange 10 (AO 10), Acid Orange 12 (AO 12), Acid Red 18 (AR 18) и Acid Red 73 (AR 73) на нанохитозане, была определена как 1.77, 4,33, 1,37 и 2,13 ммоль / л соответственно. Емкости красителя нанохитозана сравнивали с нормальными емкостями хитозана, которые составляли 1,54, 2,66, 1,11 и 1,25 ммоль / л для АО 10, АО 12, AR 18 и AR 73 соответственно. Во всех случаях нанохитозан обладает большей емкостью. Возможна также комбинация хитозана и циклодекстрина, как сообщается в другом исследовании [177]. Магнитные материалы β-циклодекстрин-хитозан / оксид графена (MCCG) были изготовлены простым химическим способом, и также было продемонстрировано их применение в качестве отличных адсорбентов для удаления метиленового синего (MB).

Другая область наноматериалов — это эффекты магнетизма. Одна из первых попыток концепции магнитных нанокрасителей-адсорбентов была сделана Liao et al. [178], который получил их ковалентным связыванием полиакриловой кислоты с магнитными наночастицами Fe ₃ O ₄, обладающими высокой ионообменной емкостью, и успешно использовался для быстрого удаления кристаллического фиолетового. В другом исследовании сообщается об адсорбции (и десорбции) конго красного (CR) на наночастицах маггемита (γ-Fe ₂ O ₃) [179].Адсорбционная способность оценивалась с использованием моделей изотермы адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха. Наночастицы маггемита (γ-Fe ₂ O ₃) были легко получены в микроэмульсии без поверхностно-активного вещества методом соосаждения. Deng et al. [180] изучал синтез магнитного оксида графена (MGO) и его использование в качестве адсорбента для одновременного удаления Cd (II) и ионных красителей, включая метиленовый синий (MB) и Orange G (OG). В монокомпонентной системе максимальная сорбционная емкость в сверхчистой воде для МБ и ОГ составила 64. 23 и 20,85 мг / г соответственно. Кроме того, адсорбция семи различных органических красителей из водных растворов на чайные отходы, загруженные наночастицами магнетита (MNLTW), была изучена Мадракяном и соавторами [181]. MNLTW был получен простым методом и полностью охарактеризован. Адсорбционные характеристики адсорбента MNLTW исследовали с использованием в качестве адсорбатов янус-зеленого, метиленового синего, тионина, кристаллического фиолетового, конго-красного, нейтрального красного и реактивного синего 19. Процесс адсорбции красителей был тщательно изучен как с кинетической, так и с равновесной точек зрения для всех адсорбентов.Ge et al. [182] исследовал удаление катионных красителей (кристаллический фиолетовый, метиленовый синий и щелочной синий 6B) из водного раствора путем адсорбции магнитными наночастицами (МНЧ), модифицированными 3-аминопропилтриэтоксисиланом и сополимерами акриловой кислоты и кротоновой кислоты. В другом исследовании [183] был синтезирован магнитный нанокомпозит на основе графена, который использовался в качестве адсорбента для удаления красителя (фушина) из водных растворов.

Кроме того, недавно сообщалось, что наноуглероды являются адсорбентами красителей.Гонг и его сотрудники [184] имели дело с нанокомпозитами на основе магнитных многостенных углеродных нанотрубок (MMWCNT). Их синтезировали и использовали в качестве адсорбентов для удаления катионных красителей из водных растворов. Нанокомпозит MMWCNT состоял из коммерческих многостенных углеродных нанотрубок и наночастиц оксида железа. Адсорбционные характеристики нанокомпозитного адсорбента MMWCNT были исследованы с использованием метиленового синего, нейтрального красного и блестящего крезилового синего в качестве адсорбатов. Были проведены эксперименты по изучению кинетики адсорбции, адсорбционной способности адсорбента и влияния адсорбционной дозировки и значений pH раствора на удаление катионных красителей.Мишра с соавторами [185] функционализировали многослойные углеродные нанотрубки (f-MWNT) для адсорбции (обесцвечивания) трех различных азоидных красителей. Многослойные углеродные нанотрубки (MWNT) были синтезированы методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) и очищены окислением на воздухе и кислотной обработкой. Максимальная адсорбционная способность 148, 152 и 141 мг / г была получена для красителей прямого действия Конго Красный, Реактивный зеленый HE4BD и Золотой Желтый MR соответственно.

Помимо обычных наноадсорбентов, для обесцвечивания также сообщалось о нанопористых сельскохозяйственных отходах.В исследовании Jayarajan et al. № [186] исследовано влияние нанопористого адсорбента отходов кожуры плодов сельского хозяйства на удаление красителя родамина (Rd) из водного раствора. Влияние изотермы адсорбции исследовали путем проведения серии изотерм при различных дозах адсорбента (1, 2 и 3 г / л), температурах (30, 40 и 60 ° C) и pH (4,95, 8,14 и 9,74). ), соответственно. Данные адсорбционного равновесия были проанализированы с использованием различных моделей изотерм адсорбции, и результаты показали, что адсорбционное поведение красителя может быть достаточно хорошо описано моделями Ленгмюра и Фрейндлиха.Определены характерные параметры для каждой изотермы. Определенная адсорбционная емкость монослоя была достаточно высокой (г / л) при дозировке адсорбента 4,361 (г / л), температуре 2,8496 (г / л) и pH 4,3614 (г / л) для адсорбции красителя Rd соответственно. Адсорбционная способность монослоя составляла от 4,361 до 1,98 мг / г.

Механическое понимание адсорбционных и термодинамических аспектов катионного красителя метиленового синего на целлюлозной биомассе оливковых косточек из сточных вод

Характеристика адсорбентов

Сканирующий электронный микроскоп (SEM)

На рис. 1A – F показана сканирующая электронная микроскопия (SEM) зеленых и черных оливковых косточек до и после адсорбции МБ.СЭМ-изображения (рис. 1A – F) дают общее представление о морфологии поверхности оливковых косточек, а также об изменениях, происходящих из-за адсорбции МБ ³⁸. Морфология поверхности зеленых и черных оливковых камней, по-видимому, имеет поры разной формы и размера. Кроме того, SEM показывает наличие полостей на зеленых и черных оливковых камнях, что является прямым признаком большой площади поверхности адсорбентов. Однако морфология поверхности черных оливковых камней кажется более гладкой, с меньшим количеством трещин и явных пор, чем у зеленых оливковых камней. Такое же поведение наблюдали Rizzi et al. ²⁶. После адсорбции МБ на оливковых косточках поры зеленых оливковых косточек (рис. 1В) кажутся размытыми, что указывает на заполнение МБ. С другой стороны, изображения черных оливковых камней на СЭМ (рис. 1E) кажутся менее размытыми и более четкими. Это можно объяснить меньшими изменениями морфологии поверхности или адсорбцией на косточках черной оливы при тех же условиях. Более того, морфология поверхности зеленых и черных оливковых камней изменяется до и после адсорбции МБ при начальной концентрации МБ 600 ppm (рис.1C, F) четко отображаются. При сравнении СЭМ-изображений камней, участвующих в адсорбции МБ при начальной концентрации 600 ppm, с оливковыми косточками до адсорбции МБ, заметно, что поры все еще имеют большой размер, определенную структуру и довольно четкие. Однако на рис. 1C, F показано, что черные оливковые косточки стали менее прозрачными, чем зеленые оливковые косточки после адсорбции МБ при начальной концентрации красителя 600 ppm. Это обращает внимание на потенциально важную роль начальной концентрации красителя в адсорбции МБ и изменении морфологии поверхности оливковых косточек.В исследовании, проведенном Udden et al. ³⁹ по адсорбции МБ на зрелых листьях манго, получены результаты SEM-анализа. СЭМ-изображения были получены для зрелых листьев манго до и после адсорбции и обнаружили очевидные изменения в морфологии поверхности зрелых листьев манго. Поры зрелых листьев манго оказались значительно размытыми после адсорбции МБ. В другом исследовании, проведенном Borhade и Kale ³⁸, кальцинированная яичная скорлупа, участвующая в адсорбции трех красителей (родамин B, эриохром черный T и мурексид), была проанализирована на SEM.Изображения SEM показали, что после адсорбции красителей на прокаленной яичной скорлупе морфология поверхности адсорбента резко изменилась. Поры кальцинированной яичной скорлупы были размытыми и более уплотненными после адсорбции красителей.

Рис. 1

СЭМ-изображения зеленых и черных оливковых камней размером 0,50–0,250 мм до и после адсорбции МБ. ( A ) Зеленые оливковые косточки при 25 ° C. ( B ) Зеленые оливковые косточки после адсорбции МБ (1000 ppm МБ).( C ) Зеленые оливковые косточки после адсорбции MB (600 ppm MB), ( D ) Черные оливковые косточки при 25 ° C. ( E ) Черные оливковые косточки после адсорбции МБ (1000 ppm МБ). ( F ) Черные оливковые косточки после адсорбции МБ (600 ppm МБ).

Инфракрасный преобразователь Фурье (FTIR)

Определение органических соединений, молекулярной структуры, химической связи и, в основном, функциональных групп любого органического материала выполняется с помощью FTIR. Анализ FTIR дает представление о конкретных функциональных группах оливковых косточек, которые участвуют в восстановлении МБ.На рис. 2A, B показаны FTIR-спектры зеленых и черных оливковых косточек до и после адсорбции МБ при начальной концентрации МБ 600 ppm.

Рис. 2

FTIR-спектры зеленых и черных оливковых косточек до и после адсорбции МБ. ( A ) Зеленые оливковые камни и ( B ) черные оливковые камни. Условия эксперимента: концентрация: 600 ppm, pH 10, температура: 15 ° C, объем: 50 мл, масса адсорбента: 0,05 г, размер частиц: 0,50–0,250 мм, время контакта: 24 часа.

Пики в спектрах FTIR для зеленых и черных оливковых камней обозначены прямоугольниками на рис. 2. Из FTIR-спектров зеленых оливковых камней (рис. 2A) можно заметить, что картина поглощения не изменилась. значительно с адсорбцией МБ. Однако четыре пика были получены при адсорбции МБ на зеленых оливковых косточках. Пик при 2922 см ^-1 характерен для C – H-валентных колебаний и, в частности, для колебаний –CH ₃> CH ₂, CHO и функциональных групп целлюлозы CH ^40,41.Белки имеют характерные пики FTIR между 1800 и 1500 см ^-1, где полосы амида-I находятся между 1700 и 1600 см ^-1 из-за валентных колебаний пептидной связи ⁴². Более того, пики изгибных колебаний N – H, характерные для амида-II, находятся в области между 1600 и 1500 см ^-1. Зеленые оливковые косточки при исследовании выявили пики при 1692 и 1598 см ^-1, которые объясняют растяжение пептидной связи и изгиб N – H, соответственно, из-за адсорбции MB ⁴².Кроме того, пик, наблюдаемый при 1033 см ^-1 после адсорбции МБ на зеленых оливковых косточках (рис. 2А), в основном обусловлен колебаниями валентности, вызванными полисахаридами, в частности гемицеллюлозами. Согласно исследованиям, в области FTIR от 1200 до 900 см ^–1 преобладают функциональные группы полисахаридов, такие как колебания C – C, C – O, C – O – C и C – O – P ^{40,41, 43}.

Напротив, косточки черных оливок показали больше пиков FTIR (рис. 2В), чем косточки зеленых оливок после адсорбции МБ.Это можно объяснить наличием большего количества функциональных групп, ответственных за адсорбцию МБ черными оливковыми косточками, чем зелеными оливковыми косточками ³⁵. Этот результат подтверждается изображениями, полученными на сканирующем электронном микроскопе, которые обсуждались для оливковых косточек в предыдущем разделе. Пики были также получены при 2922 и 2854 см ^-1 для черных оливковых камней. Это указывает на роль функциональных групп –CH ₃> CH ₂, CHO и C-H в восстановлении МБ камнями черной оливы ⁴⁰.Кроме того, пик для черных оливковых камней при 1742 см ⁻¹ характерен для функциональной группы C = O ^36,39, а при 1599 см ⁻¹ характерен для изгиба N – H. На рисунке 2B также показан пик на 1330 см ^-1, который соответствует асимметричному и симметричному изгибу C-H ^41,43. Пик при 1031 см ^–1 на рис. 2B для адсорбции МБ обусловлен колебаниями C – C, C – O, C – O – C и C – O – P. Для зеленых и черных оливковых камней (рис.2A, B) отсутствие пиков между 500–600 см ^–1 указывает на то, что роль функциональных групп алкилгалогенидов, таких как C – Cl, C – Br и C – I, в процессе адсорбции МБ на адсорбентах были незначительными ^40,41,43,44.

Элементный анализ углерода, водорода и азота (CHN), раствор с pH

и Насыпная плотность и плотность частиц

Очень важно получить полное представление о составе адсорбентов, в частности, углерода, водорода и азота. содержание.Как упоминалось ранее, углеродистые материалы позволяют достичь эффективных уровней адсорбции из-за их пористой природы и структуры ^21,45. В таблице 1 показан элементный анализ углерода, водорода и азота (CHN), распределение пор по размерам, раствор с pH _{, а также объемная плотность и плотность частиц адсорбентов. Из таблицы 1 видно, что косточки черных оливок содержат немного больше углерода, водорода и азота, чем косточки зеленых оливок. Были измерены значения pH для зеленых и черных оливковых косточек до и после адсорбции МБ.Был сделан вывод, что оливковые косточки имеют слабокислый характер. Однако у зеленых оливковых косточек было более низкое значение pH, чем у черных оливковых косточек. Более того, значение pH зеленых оливковых косточек снизилось на 0,19, когда раствор гомогенизировали под действием механического встряхивателя, в то время как для черных оливковых косточек значение pH увеличилось на 0,03.}

Таблица 1 Элементный анализ CHN, раствор с pH _{, размер пор и характеристики площади поверхности, объемная плотность и плотность частиц оливковых косточек.}

Объемная плотность любого материала в виде частиц относится к массе материала, деленной на объем, который он занимает, тогда как плотность частиц определяется как масса материала, деленная на объем вытесненной воды ³¹. Кроме того, знание пространственного расположения и упаковки зеленых и черных оливковых камней, а также их насыпной плотности поможет в выборе правильной плотности адсорбента для максимальной очистки от МБ. Результаты показали, что косточки черных оливок имеют немного более высокую пухлость и плотность частиц, чем косточки зеленых оливок.Из таблицы 1 видно, что площадь поверхности и объем пор зеленых оливковых косточек значительно больше, чем черных оливковых косточек.

Изотермы адсорбции

Влияние pH раствора на адсорбцию МБ на оливковых косточках

Адсорбция красителя в значительной степени зависит от pH раствора. Когда красители присутствуют в воде, они диссоциируют и ионизируются с образованием электростатических зарядов в растворе ⁴⁶. Количество и виды электростатических зарядов, которые красители выделяют в воде, регулируются pH раствора ³³.Следовательно, в адсорбционной системе степень, в которой определенный краситель будет притягиваться и прилипать к адсорбенту, будет варьироваться в зависимости от pH. Это связано с тем, что противоположные электростатические заряды притягиваются, а одинаковые электростатические заряды отталкиваются. В методе очистки окружающей среды адсорбцией важно изучить влияние pH раствора на степень удаления загрязняющего вещества адсорбентом ^32,47. По этим причинам влияние pH раствора было первым параметром, испытанным на адсорбцию МБ на зеленых и черных оливковых косточках.На рисунке 3 показано процентное удаление МБ оливковыми косточками при различных значениях pH. Значения pH, исследованные для адсорбции МБ на оливковых косточках, составляли 2, 4, 6, 8 и 10. Адсорбция МБ на зеленых и черных оливковых косточках была самой высокой при pH 10 и самой низкой при pH 2 (значение P ). ≥ 0,05). Это означает, что когда раствор находится на самом высоком базовом уровне, может быть достигнут самый высокий процент удаления МБ (80,2% для зеленых оливковых косточек и 70,9% для черных оливковых косточек).Это можно объяснить преобладанием отрицательных зарядов на поверхности адсорбента, что приводит к более высокому электростатическому притяжению и прилипанию МБ из-за его катионной природы ^26,33. Более низкий процент удаления, полученный в кислых условиях (pH 2), можно объяснить тем фактом, что поверхность адсорбента оказалась положительно заряженной для катионного адсорбата, что привело к электростатическому отталкиванию и, как следствие, к меньшей адсорбции ²⁶. Аналогичные результаты для адсорбции МБ и ализарина красного S на оливковых косточках были получены в исследовании, проведенном Albadarin and Mangwandi ⁴⁸. Было обнаружено, что адсорбционная способность анионного ализарина Red S была максимальной при pH 3,28, в то время как максимальная адсорбционная способность катионного MB была получена при основных значениях pH. Кроме того, адсорбция различных красителей, включая МБ и малахитовый зеленый, на активированный уголь была изучена Iqbal и Ashiq ⁴⁹. Исследование показало, что оптимальная адсорбция анионных красителей происходит при низких значениях pH, тогда как для MB и малахитового зеленого (катионные красители) адсорбция наиболее высока при повышенных значениях pH.Исследование представляет собой дальнейшее понимание влияния pH на адсорбцию загрязняющих веществ в соответствии с их ионной природой.

Рисунок 3

( A ) Процент удаления МБ из воды зелеными и черными оливковыми косточками при разных значениях pH, ( B ) возможные взаимодействия МБ на поверхности оливковых косточек при разных значениях pH и () C ) механизмы адсорбции для поглощения МБ непористыми и пористыми твердыми телами (изменено из ⁵⁰). Условия эксперимента: размер частиц: 0.50–0,250 мм, масса адсорбента: 0,05 г, температура: 25 ° C, начальная концентрация красителя: 1000 ppm, объем раствора: 50 мл, время контакта: 24 часа.

Рисунок 3 также показывает, что для зеленых оливковых косточек процент удаления МБ постоянно увеличивался по мере увеличения pH (pH 2–6), затем снижения при pH 8 (73,7%) с последующим более резким увеличением при pH 10. На рис. с другой стороны, процент удаления МБ из черных оливковых косточек немного увеличился с 68 до 70%, когда pH изменился с 2 до 4, а затем очень незначительно снизился до 69.5% при pH 6 с последующим увеличением при pH 8 и 10. Кроме того, стоит упомянуть, что для черных оливковых косточек такой же процент удаления был получен при pH 4 и 8 (70%). Из общих тенденций процентного удаления МБ для обоих типов оливковых косточек ясно, что pH и ионная сила оказывают гораздо большее влияние на адсорбцию МБ на зеленых оливковых косточках по сравнению с черными оливковыми косточками. Это можно наблюдать по более значительным изменениям в процентном удалении, поскольку pH для зеленых оливковых косточек варьировался, чем для черных оливковых косточек.Стоит упомянуть, что, несмотря на меньший процент удаления МБ, полученный при кислых значениях pH, адсорбция все же может считаться высокоэффективной из-за общих высоких достигнутых процентных значений (все равны или превышают 68%). Сходные общие высокие проценты адсорбции при удалении дисперсного красителя из водного раствора оливковыми косточками были получены в исследовании, проведенном Рицци и другими в 2017 г. ²⁶. Исследование обращает внимание на наличие различных сил взаимодействия, равных по важности электростатическим взаимодействиям, участвующим в процессе адсорбции.Предлагаемые наиболее популярные силы взаимодействия между адсорбентами и молекулами адсорбата — это гидрофобные и гидрофильные силы, водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса.

Чтобы детально изучить влияние pH раствора на адсорбцию МБ на двух типах оливковых косточек, были проведены еще два эксперимента, связанных с pH. Первый — это измерение естественного pH МБ, присутствующего в 50 мл дистиллированной воды, которое оказалось около 5. Второй эксперимент включал второе измерение pH раствора после того, как был проведен эксперимент с загрузкой адсорбции.Это позволяет сравнивать pH до и после адсорбции, что важно для более надежных выводов о влиянии pH на механизмы адсорбции оливковых косточек ⁴⁷. Значение pH, установленное перед адсорбцией МБ оливковыми косточками, в данном исследовании называется начальным pH, а значение pH, измеренное после адсорбции МБ оливковыми косточками, является конечным pH. Разницу между двумя значениями pH рассчитывали как ∆pH.

Можно заметить, что для обоих типов оливковых косточек наблюдалось непрерывное увеличение ∆pH при увеличении исходного pH от 2 до 10.При изучении влияния pH раствора на адсорбцию МБ на оливковых косточках был сделан вывод, что значение pH, обеспечивающее наибольший процент удаления МБ на оливковых косточках, составляло 10. Также было отмечено, что адсорбция МБ на оливковых косточках в целом предпочтение отдается основным значениям pH. В результате более интенсивного удаления МБ на оливковые косточки при более высоких значениях pH наблюдается, что конечное значение pH системы находится где-то между начальным значением pH и естественным значением pH для МБ, которое, как было установлено, составляет 4.Это означает, что поверхность оливковых косточек движется к достижению состояния равновесия после адсорбции до исходного pH МБ. Например, конечные значения pH зеленых и черных оливковых косточек, участвующих в адсорбции МБ при начальном pH 10, равны 7 и 7,1 соответственно. С другой стороны, из-за возможной меньшей адсорбции МБ на зеленые и оливковые косточки при кислом pH, конечные значения pH существенно не изменились по сравнению с начальными значениями pH. Например, при pH 2 (где наименьший процент удаления МБ был достигнут для обоих типов оливковых косточек) окончательные значения pH составляли 2.2 и 2.4 для зеленого и черного оливковых камней соответственно. Электростатическое взаимодействие и водородная связь были предложены в качестве доминирующих механизмов адсорбции при основном и кислом pH соответственно. В то время как гидрофобно-гидрофобное взаимодействие было доминирующим механизмом при нейтральном pH. На рис. 3В показаны возможные взаимодействия МБ с поверхностью оливковых косточек при различных значениях pH. На рисунке 3C показаны механизмы адсорбции для поглощения МБ непористыми и пористыми твердыми телами. Предполагается, что механизм адсорбции молекул МБ может быть одностадийным, при котором достигается быстрое равновесие на поверхности адсорбента.Миграция MB в поры и связывание с сайтами связывания с более высокой энергией также может достигаться на более медленной стадии ⁵⁰.

Влияние начальной концентрации МБ на его адсорбцию на оливковых косточках

Начальная концентрация красителя влияет на эффективность удаления красителя косвенно, увеличивая или уменьшая доступность центров связывания на адсорбенте. Существует прямая зависимость между процентом удаления красителей и начальной концентрацией красителя в адсорбционных системах ⁵¹.Как правило, увеличение начальной концентрации красителя в растворе вызывает насыщение участков адсорбции на поверхности адсорбента, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности удаления. Несмотря на эту общую тенденцию, во многих случаях увеличение концентрации красителя приводит к увеличению загрузочной способности адсорбента ³³. Результаты процентного удаления МБ обоими типами оливковых косточек представлены на рис. 4A – C. Из общих тенденций, представленных на рис.4А видно, что адсорбция МБ на зеленые оливковые косточки сильно отличается от адсорбции красителя на черных оливковых косточках. Зеленые оливковые косточки показывают самый высокий процент удаления МБ при начальной концентрации красителя 400 частей на миллион (удаление 93,5%), в то время как самый высокий процент удаления МБ для черных оливковых косточек (удаление 65,9%) наблюдается при самой низкой исходной концентрации МБ. (50 частей на миллион). В результате можно предположить, что косточки зеленых оливок более эффективны, чем косточки черных оливок, для очистки сточных вод с более высокой концентрацией МБ.С другой стороны, косточки черных оливок кажутся лучшим выбором, чем косточки зеленых оливок, как эффективные адсорбенты для МБ при более низких концентрациях красителя. Кроме того, самый низкий процент адсорбции МБ на зеленых и черных оливковых косточках наблюдался при начальных концентрациях красителя 600 ppm. На фиг. 4А показано, что, когда исходная концентрация красителя составляла 600 частей на миллион, только 23,1% и 23,4% МБ были удалены зелеными и черными оливковыми косточками, соответственно. Эти низкие проценты адсорбции подтверждаются изображениями SEM, обсужденными выше, где морфология поверхности оливковых косточек существенно не изменилась по сравнению с исходным состоянием при начальной концентрации красителя 600 ppm.

Рисунок 4

( A ) Влияние исходной концентрации красителя на зеленые и черные оливковые косточки (размер частиц 0,5–0,250 мм), ( B ) влияние размера частиц зеленых оливковых косточек (1–0,5 0,5–0,250 и 0,250–0,125 мм) ( C ) влияние размера частиц черных оливковых косточек. Условия эксперимента: масса адсорбента: 0,05 г, объем 50 мл, pH 10, температура: 25 ° C, время контакта: 24 часа.

Более того, процент удаления МБ на зеленые оливковые косточки при 50 ppm составил 54.1%, затем он увеличился до 66,8% при 100 ppm, а затем снизился до 48,1% и 47,6% при 200 ppm и 300 ppm соответственно. После увеличения начальной концентрации МБ с 300 до 400 частей на миллион наибольший процент удаления наблюдался и был отмечен при начальной концентрации МБ 400 частей на миллион. Самый низкий процент удаления МБ зелеными оливковыми косточками при 600 ppm сопровождался увеличением до 39,8% при 800 ppm и еще одним увеличением до 48,5% при 1000 ppm. Эти случаи могут быть объяснены несколькими факторами, обсуждаемыми Albroomi et al.⁵² следующим образом: (1) при низких начальных концентрациях красителя доступность свободных пор и участков связывания на косточках зеленых оливок высока. Однако фракционная адсорбция и массоперенос МБ становятся низкими; приводя к более низкому процентному удалению МБ при начальных концентрациях красителя ниже 400 частей на миллион, (2) по мере увеличения исходных концентраций МБ с 300 до 400 частей на миллион, сила массопереноса МБ также увеличивается, что приводит к высокому проценту адсорбции на большом количестве доступного связующего. участки зеленых оливковых косточек, и (3) по мере того, как начальная концентрация МБ далее увеличивается выше 400 ppm и особенно при 600 ppm, отношение молекул красителя к доступным участкам связывания находится на уровнях, которые не поддерживают массоперенос.Кроме того, при исходных концентрациях МБ выше 600 ppm массоперенос молекул МБ выше из-за увеличения соотношения МБ к сайтам связывания, однако количество доступных сайтов связывания на зеленых оливковых косточках будет уменьшаться и исчезать по мере того, как молекулы МБ занимают их. Как правило, это приводит к более низкому проценту удаления МБ при высоких начальных концентрациях.

Аналогичные результаты были получены Виджаякумаром и другими ⁵³, которые исследовали адсорбцию красителя родамин-B на перлит.Было обнаружено и сделано заключение, что оптимизация процента адсорбции может быть достигнута за счет увеличения начальной концентрации красителя. Более того, Терангпи и Чакраборти ⁵¹ исследовали влияние начальной концентрации кислотных азокрасителей на их адсорбцию на конденсате анилина и формальдегида. Два изученных кислотных азокрасителя были известны как кислотный оранжевый 8 (AO8) и кислотный фиолетовый 7 (AV7). Адсорбция обоих красителей способствовала увеличению исходных концентраций. Однако загрузка AO8 занимала меньше времени и обеспечивала более высокую адсорбционную способность, чем AV7, при тех же начальных концентрациях красителя.

С другой стороны, у черных оливковых косточек наблюдались меньшие колебания в процентном удалении БМ, чем у зеленых оливковых косточек. Наблюдается, что общая тенденция процентного удаления МБ косточками черных оливок имеет меньшие колебания увеличения / уменьшения с каждой начальной концентрацией, чем косточки зеленых оливок. Это может быть связано с неоднородностью процесса адсорбции и возникновением многих типов химических связей и координации молекул МБ на зеленых оливковых косточках в результате их уникальных функциональных групп, связанных с адсорбцией ³⁴.Кроме того, самый высокий процент удаления МБ на косточках черной оливы был при 50 ppm, за которым следовало снижение при 100 ppm (удаление 60,2%) и 200 ppm (удаление 42,3%), только увеличиваясь до 56,5% при 300 ppm и снова снижаясь при 400 частей на миллион до 47,6%. После значительного снижения удаления МБ косточками черных оливок при 600 ppm, оно увеличилось при 800 ppm до 35,6% и лишь незначительно при 1000 ppm до 36,5%. Причина высокого процента адсорбции МБ на косточках черных оливок при самой низкой начальной концентрации красителя (50 ppm) может быть связана с меньшей доступностью участков связывания на косточках черных оливок по сравнению с косточками зеленых оливок.Это наблюдение обсуждалось ранее на снимках, сделанных на сканирующем электронном микроскопе для двух типов оливковых косточек. Когда количество пор адсорбирующего материала мало или нет эффективной площади поверхности для адсорбции загрязнителей, адсорбция будет благоприятствовать при более низких начальных концентрациях красителя. Обычно это происходит со многими видами адсорбентов, где силы массопереноса низкие из-за низких начальных концентраций молекул адсорбата. Это было продемонстрировано Borhade и Kale ³⁸, которые исследовали адсорбцию красителей родамина B, эриохромного черного T и мурекида на порошке яичной скорлупы.Исследование показало, что при фиксированном количестве адсорбента и различных начальных концентрациях красителя адсорбционная способность порошка яичной скорлупы является самой высокой при самых низких концентрациях для всех изученных красителей. В другом исследовании, проведенном Hameed и El-Khaiary ⁵⁴, включавшем адсорбцию МБ на кожуре бобов, было обнаружено, что адсорбция красителя снижается по мере увеличения его начальной концентрации. Вопреки этим выводам, исследование, проведенное Zehra et al. ⁵⁵, по удалению красителя Crystal Violet с использованием обработанного дрожжами торфа, обнаружил, что адсорбция красителя увеличивается с увеличением начальной концентрации красителя.Таким образом, можно сделать вывод, что адсорбция МБ на зеленых и черных оливковых косточках в значительной степени зависит от многих факторов, из которых наибольшее значение имеют pH, исходная концентрация красителя и характеристики адсорбента ³³.

Влияние размера частиц оливковых косточек на адсорбцию МБ из воды

Размер частиц адсорбента сильно влияет на его способность адсорбировать загрязняющие вещества ³⁴. Увеличение размера частиц адсорбента обычно приводит к снижению его адсорбционных свойств из-за уменьшения площади поверхности.С другой стороны, уменьшение размера частиц адсорбента приведет к усилению его адсорбционных свойств из-за увеличения площади поверхности ^56,57. Однако это не всегда так, поскольку значительное уменьшение размера частиц может привести к созданию условий, менее эффективных с точки зрения устойчивости и экологически безопасных методов восстановления. Некоторые из недостатков чрезвычайно малого размера частиц могут заключаться в снижении выхода адсорбента и его жесткости, а также в увеличении стоимости процесса адсорбции.Следовательно, оптимизация размера частиц адсорбента необходима для оптимизации условий для каждого уникального случая восстановления ⁵⁸. По этим причинам эксперименты по периодической адсорбции МБ были проведены с использованием трех размеров частиц зеленых и черных оливковых косточек (1,00–0,50, 0,50–0,250 и 0,250–0,125 мм). В предыдущих экспериментах был изучен и подробно обсужден средний размер оливковых косточек (0,50–0,250 мм). На рис. 4B, C показано процентное удаление МБ обоими адсорбентами при различных размерах частиц (1.00–0,50, 0,50–0,250, 250–0,125 мм).

Из общих тенденций, показанных на рис. 4B, видно, что тенденции процентного удаления МБ на зеленые оливковые косточки размером 1,00–0,50 мм и 0,250–0,125 мм аналогичны. Однако выделяется тенденция процентного удаления среднего размера (0,50–0,250 мм). Удаление МБ на адсорбент, имеющий самый высокий и самый низкий размер частиц, колеблется при низких начальных концентрациях МБ (50–400 частей на миллион), пока не достигнет относительно постоянного состояния.Рисунок 4B показывает, что адсорбция МБ на зеленых оливковых косточках самого большого размера является значительно эффективной. Это видно из общего высокого процентного удаления, полученного при всех изученных исходных концентрациях МБ (процентное удаление выше 65%). Более того, из фиг. 4B можно видеть, что наибольший и самый низкий процент удаления МБ на косточках зеленых оливок размером 1,00–0,50 мм были получены при начальных концентрациях красителя 50 и 1000 частей на миллион, соответственно. Зеленые оливковые косточки адсорбировали 84.5% МБ при 50 стр. / Мин. МБ и 65,7% МБ при 1000 стр. / Мин (значение P ≥ 0,05). По сравнению с исследованным адсорбентом с наибольшим размером частиц (1,00–0,50 мм), адсорбция МБ на адсорбентах с наименьшим размером частиц (0,250–0,125 мм) колеблется меньше при изменении концентрации красителя. Рисунок 4B также показывает, что зеленые оливковые косточки с наименьшим размером частиц достигли самого высокого и самого низкого процентного удаления МБ при начальных концентрациях МБ 100 и 800 частей на миллион, соответственно (значение P <0.05). Из фиг. 4В можно сделать вывод, что адсорбция МБ на зеленых оливковых косточках способствует уменьшению размера частиц из-за увеличения площади поверхности для связывания.

С другой стороны, фиг. 4C показывает процентное удаление МБ черными оливковыми косточками при различных размерах частиц. Как и на фиг. 4A, общие тенденции черных оливковых косточек при наибольшем и наименьшем размерах частиц кажутся одинаковыми. Похоже, что косточки черных оливок достигли самого высокого и самого низкого процентного удаления МБ при начальных концентрациях красителя 100 и 400 частей на миллион, соответственно.Процентное удаление МБ 90,2% было получено при 100 ч / млн и 74,2% при 400 ч / млн. По сравнению с общим процентом удаления МБ зелеными оливковыми косточками (рис. 4B) при том же размере частиц (1,00–0,50 мм), можно сделать вывод, что черные оливковые косточки более эффективны в восстановлении МБ, чем зеленые оливковые косточки при исследуемый размер частиц (значение P ≥ 0,05). Это связано с общей более высокой степенью очистки БМ косточками черных оливок размером 1,00–0,50 мм (процент удаления превышает 74%).Кроме того, представление процентного удаления МБ на косточках черной оливы размером 0,250–0,125 мм показано на рис. 4C. Косточки черных оливок показали самый высокий и самый низкий процент удаления МБ при начальных концентрациях МБ 100 и 800 частей на миллион, соответственно (значение P <0,05). Тем не менее, косточки черных оливок дают немного более высокий процент удаления МБ, чем косточки зеленых оливок (рис. 4В) при 100 ppm (93,6% для черных и 90,5% для зеленых оливковых косточек).Напротив, при исходной концентрации МБ 800 ppm зеленые оливковые косточки (рис. 4В) по-прежнему демонстрировали более высокий процент удаления (78%) красителя, чем черные оливковые косточки (72,9%). Кроме того, косточки зеленых оливок демонстрировали более высокий процент удаления МБ при 200, 300, 400, 800 и 1000 частей на миллион, чем косточки черных оливок при наименьшем размере частиц (рис. 4B, C). Это может привести к выводу, что косточки зеленых оливок могут быть более эффективными, чем косточки черных оливок, в восстановлении более широкого диапазона концентраций МБ при уменьшении размера частиц.

На рис. 4B, C показано, что косточки зеленых оливок адсорбируют более высокий процент МБ при 100, 200, 400, 800, 1000 частей на миллион, чем косточки черных оливок со средним размером частиц. Следовательно, как и в случае с результатами, полученными для размера частиц адсорбента 0,250–0,125 мм, косточки зеленых оливок более эффективны, чем косточки черных оливок (диапазон размеров 0,50–0,250 мм) в обесцвечивании более широкого диапазона концентраций МБ. В целом, результаты, полученные для адсорбции МБ на зеленых и черных оливковых косточках при трех размерах частиц, показывают, что адсорбция увеличивается с уменьшением размера частиц зеленых оливковых косточек в широком диапазоне начальных концентраций красителя.Напротив, косточки черных оливок демонстрировали более высокую адсорбцию МБ, чем косточки зеленых оливок, при увеличении размера частиц адсорбента.

Аналогичные результаты были получены Wong et al. ⁵⁹, изучающих влияние размера частиц на адсорбцию пяти кислотных красителей на хитозане. Для всех исследованных красителей адсорбционная способность хитозана увеличивалась с уменьшением размера частиц, что указывало на важность площади поверхности для адсорбции. Кроме того, было показано, что адсорбция связанного с альбумином билирубина на гранулированном активированном угле различного микрометрового размера способствует уменьшению размера частиц за счет увеличения площади поверхности и объемов пор ⁶⁰.Maghri et al. ⁶¹ изучали адсорбцию МБ на стеблях кукурузы и скорлупе Mytilus Edulis при различных размерах частиц. Адсорбция МБ увеличивалась за счет уменьшения размера частиц обоих адсорбентов. Однако оба адсорбента в ходе исследования показали наибольшее удаление МБ при разных размерах частиц. Стебли кукурузы адсорбировали больше красителя в диапазоне размеров 0,08–0,2 мм, в то время как раковины Mytilus Edulis адсорбировали больше МБ в диапазоне размеров 0,056 мм и меньше. Эти результаты указывают на уникальность адсорбентов по отношению к загрязнителю из-за различных факторов, таких как морфология и химия поверхности, которые играют важную роль в процессах адсорбции.

Влияние температуры на адсорбцию МБ на оливковых косточках и термодинамику

Адсорбционные процессы обычно экзотермичны; однако некоторые из них являются эндотермическими. Это означает, что адсорбционная способность адсорбента может увеличиваться или уменьшаться с увеличением температуры. Увеличение адсорбционной емкости с температурой указывает на эндотермический процесс адсорбции, в то время как уменьшение адсорбционной способности с повышением температуры указывает на экзотермический процесс.Температура играет важную роль в регулировании силы адсорбционных сил между адсорбентом и молекулами адсорбата ^32,33. Влияние температуры на ремедиацию МБ на зеленые и черные оливковые камни изучали при 25, 35 и 45 ° C. Процентное удаление МБ адсорбентами при исследовании представлено на рис. 5A, B. Как показано на рис. 5, при повышении температуры с 25 до 45 ° C с обоих оливковых косточек был достигнут более высокий процент удаления МБ.Наибольшая адсорбция МБ на обоих типах оливковых косточек (рис. 5) произошла при 45 ° C (значение P <0,05). Это указывает на то, что процесс адсорбции является эндотермическим и способствует высоким температурам ⁵². Более конкретно, тенденция, наблюдаемая при адсорбции МБ на зеленых оливковых косточках при 35 и 45 ° C (рис. 5A), показывает возрастающую адсорбцию с температурой, где адсорбция была максимальной при более низких начальных концентрациях МБ. Сравнивая тенденции адсорбции МБ на косточках черной оливы при 35 и 45 ° C (рис.5Б) видно, что тренды адсорбции несколько различаются. Показано, что процентное удаление начальной концентрации 50 ppm MB на косточках черных оливок при 35 ° C было намного ниже, чем процентное удаление начальной концентрации 50 ppm MB при 45 ° C. В недавнем исследовании были получены аналогичные результаты, в которых адсорбция красителя Конго Красный (CR) на Са-бентонит изучалась при температурах от 20 ° C до 50 ° C. Исследователи обнаружили, что процент удаления CR был самым высоким при 50 ° C ⁶².Адсорбцию родамина B на перлит исследовали при трех различных температурах: 30, 40 и 50 ° C. По результатам исследования, родамин B показал облегченную адсорбцию на адсорбенте при повышении температуры с 30 до 50 ° C ⁵³. Аль-Дегс и др. ⁶³ также исследовали влияние температуры на адсорбцию C.I. Реактивный синий 2 и C.I. Reactive Yellow 2 красит активированный уголь. Исследование показало, что адсорбционная способность красителей способствует более высоким температурам.Исследование показало, что процесс адсорбции является эндотермическим, когда молекулам красителя требуется энергия, чтобы двигаться и проникать глубже в микропоры активированного угля при повышении температуры. MB, участвовавший в исследовании, демонстрирует аналогичное поведение по отношению к оливковым косточкам, где энергия от повышения температуры может усилить процесс адсорбции.

Рис. 5

Влияние температур (25, 35 и 45 ° C) на адсорбцию МБ на косточках зеленых оливок ( A ) и косточках черных оливок ( B ).Условия эксперимента: масса адсорбента: 0,05 г, размер частиц 0,50–0,25 мм, объем: 50 мл, pH 10, время контакта: 24 часа.

Модели изотерм адсорбции

Изотермы адсорбции описывают соотношение при равновесии количества адсорбированного материала на адсорбенте (q _e) и равновесной концентрации в объеме жидкости (C _e) при постоянной температуре и pH. Таким образом, может быть достигнута критическая оптимизация механизмов адсорбции, емкости и свойств поверхности адсорбентов, а также адсорбционных систем ^32,64.По этим причинам четыре модели изотермы, известные как Ленгмюр, Фрейндлих, Дубинин-Радушкевич и Темкин, были протестированы для определения применимости зеленых и черных оливковых косточек для восстановления БМ из воды. Расчетные константы изотермы и параметры уравнения, относящиеся к адсорбции МБ на оливковых косточках, представлены в таблице 2. При общем наблюдении все модели изотерм для двух адсорбентов показывают высокие значения R ², что означает, что адсорбция МБ на косточках зеленые и черные оливковые камни могут следовать за всеми моделями ⁶⁵.Тем не менее, зеленые оливковые камни получили наивысшее значение R ² с моделью изотермы Темкина, тогда как черные оливковые камни показали самое высокое значение R ² с моделью изотермы Ленгмюра.

Таблица 2 Параметры уравнений моделей изотерм Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина – Радушкевиша и Темкина для адсорбции МБ на двух адсорбентах с различными исходными концентрациями МБ и температурами при 25, 35 и 45 ° C.

Значения R ² модели изотермы Ленгмюра для зеленых и черных оливковых камней (таблица 2) показывают, что оба адсорбента соответствуют теории модели.Это означает, что молекулы МБ образуют гомогенный монослой без взаимодействия молекул с соседними сайтами ³⁹. Было обнаружено, что адсорбционная способность монослоя (Q ₀) зеленых оливковых косточек немного выше, чем черных оливковых косточек, со значениями 588,2 мг / г и 476,2 мг / г, соответственно. Соответственно, из значений константы изотермы Ленгмюра (K _L) можно сделать вывод, что адсорбция МБ на косточках черных оливок более благоприятна, чем на косточках зеленых оливок ⁶⁶.Таблица 2 также показывает, что адсорбция МБ на зеленых и черных оливковых камнях в значительной степени соответствует модели изотермы Фрейндлиха. Высокое значение R ² позволяет сделать вывод о том, что адсорбция МБ на исследуемых адсорбентах обратима и неидеальна с образованием неоднородных многослойных адсорбированных материалов на поверхности адсорбента ⁵³. Значения n , относящиеся к модели изотермы Фрейндлиха для зеленых и черных оливковых камней, равны 1.5 и 1.7. Значение n имеет большое значение, когда требуется указание кривизны изотермы. Если получено значение n , равное 1, то адсорбция является линейной, если n больше 1, тогда адсорбция является физическим процессом и благоприятна, и если значение n меньше 1, адсорбция химический процесс и неблагоприятный ^67,68. Согласно результатам исследования, оба процесса адсорбции МБ (на зеленых и черных оливковых косточках) следуют благоприятному физическому процессу.Другая константа Фрейндлиха, полученная из n , равна 1/ n . Согласно Терангпи и Чакраборти ⁵¹, значение 1/ n больше 1 указывает на кооперативный процесс адсорбции, тогда как значение 1/ n меньше 1 указывает на менее кооперативный процесс адсорбции. Более того, по мере уменьшения значения 1/ n адсорбция становится более неоднородной, а при низких концентрациях адсорбата адсорбция становится более эффективной ^38,68.Значения 1/ n для зеленых и оливковых камней очень близки друг к другу и оба меньше 1 (0,7 для зеленых оливковых камней и 0,6 для черных оливковых камней), что указывает на то, что адсорбция МБ на оливковые косточки не очень кооперативны, неоднородны и эффективны при низких концентрациях МБ. Адсорбционная способность МБ на оливковых косточках представлена константой Фрейндлиха K _f ⁶⁴. Полученные результаты показывают, что косточки черных оливок обладают более высокой адсорбционной способностью (6.8 мг / г) для МБ, чем для зеленых оливковых косточек (4,4 мг / г) при обращении к модели изотермы Фрейндлиха. Из значений энергетической постоянной Дубинина – Радушкевича (B _D), полученных для зеленых и черных оливковых косточек в таблице 2, следует, что адсорбция МБ является безэнергетическим процессом. Кроме того, значения адсорбционной емкости (q _D) модели изотермы Дубинина – Радушкевича (таблица 2) для адсорбентов в этом исследовании показывают, что зеленые оливковые косточки могут получить более высокую адсорбцию МБ, чем черные оливковые косточки.Исходя из значений R ² модели Дубинина – Радушкевича, зеленые оливковые камни лучше описывают модель, чем черные оливковые камни для адсорбции МБ. Значения R ² модели изотермы адсорбции Темкина показывают, что модель отлично подходит для обоих типов адсорбентов и лучше подходит для зеленых оливковых косточек. Это означает, что процесс адсорбции МБ зависит от теплоты адсорбции. Кроме того, значение константы теплоты сорбции (B) для зеленых оливковых косточек отрицательно, что означает, что адсорбция МБ на зеленых оливковых косточках является физическим эндотермическим процессом.С другой стороны, черные оливковые косточки имеют высокое значение константы теплоты сорбции Темкина и обеспечивают химический экзотермический процесс адсорбции MB ^32,38,65.

Изучена применимость адсорбции МБ на зеленых и черных оливковых косточках к моделям изотерм Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина – Радушкевича и Темкина с различными температурами (35 ° C и 45 ° C). Как и в предыдущем эксперименте, были рассчитаны константы изотерм для зеленых и черных оливковых камней, участвующих в адсорбции МБ при различных температурах (35 и 45 ° C).Линейность и значения R ² моделей изотермы ясны в таблице 2. Из таблицы 2 все модели изотерм для двух адсорбентов показывают относительно высокие значения R ² при всех температурах, что означает, что адсорбция МБ на зеленые и черные оливковые камни могут следовать за всеми моделями ³⁹. Тем не менее, зеленые оливковые косточки демонстрируют наивысшее значение R ² с моделью изотермы Ленгмюра при 35 ° C, а с моделью изотермы Фрейндлиха самое высокое значение R ² для зеленых оливковых косточек составляет 45 ° C.Кроме того, модель изотермы Дубинина – Радушкевича и Темкина для зеленых оливковых косточек показывает самый высокий R ² для зеленых оливковых косточек при 25 ° C. Камни черной оливы имеют наивысшее значение R ² при 25 ° C по модели изотермы Ленгмюра и при 45 ° C по модели изотермы Фрейндлиха. Самые высокие R ² у черных оливковых косточек с Дубининым – Радушкевичем и Темкиным наблюдались при 35 ° C. Эти результаты показывают, что изменение температуры приводит к изменению механизма адсорбции МБ на обоих типах оливковых камней ⁶⁵.

Стоимость зеленых оливковых косточек ² увеличилась с 0,8 до 0,9, когда температура адсорбции увеличилась с 35 до 45 ° C. Однако значение R ² для черных оливковых косточек снизилось с 0,9 до 0,7, когда температура адсорбции увеличилась с 35 до 45 ° C. Это может указывать на то, что адсорбция МБ на зеленых оливковых косточках лучше соответствует модели изотермы Ленгмюра при более высоких температурах, в то время как адсорбция на черных оливковых косточках лучше всего соответствует модели при более низких температурах ³⁸.Адсорбционная способность монослоя (Q ₀) обоих адсорбентов по отношению к МБ увеличивалась, когда температура повышалась с 35 до 45 ° C. Однако большее увеличение Q ₀ наблюдалось для зеленых оливковых косточек, чем для черных оливковых косточек. Это увеличение адсорбционной способности монослоя адсорбентов привело к увеличению константы благоприятной адсорбционной способности Ленгмюра (K _L) для адсорбентов с увеличением температуры ^39,66. В таблице 2 показаны константы изотермы, относящиеся к модели изотермы Фрейндлиха.Высокие значения R ² для зеленых и черных оливковых камней при обеих температурах (35–45 ° C) показывают соответствие механизма адсорбции МБ модели изотермы Фрейндлиха. Это означает, что МБ мог образовывать обратимые однородные мультислои на поверхности адсорбентов ⁶⁷. Согласно значениям n , полученным для модели изотермы Фрейндлиха при 35 ° C и 45 ° C, адсорбция МБ на зеленых и черных оливковых косточках является благоприятным физическим процессом при обеих температурах.Значение n при 45 ° C (1,8) выше, чем значение при 35 ° C (1,5), что указывает на повышенную благоприятность адсорбции при 45 ° C ⁶⁸. Значение 1/ n , относящееся к модели изотермы Фрейндлиха для зеленых оливковых косточек, немного увеличилось с 0,5 до 0,6 с повышением температуры. С другой стороны, значение 1/ n для черных оливковых косточек немного уменьшилось с 0,7 до 0,6 с повышением температуры. Оба адсорбента при исследовании показали значения 1/ n меньше 1, что означает, что процесс адсорбции не очень кооперативен.Уменьшение 1/ n для черных оливковых косточек с повышением температуры означает, что адсорбция МБ становится более неоднородной и менее кооперативной при повышении температуры. Адсорбция МБ на косточках черной оливы более эффективна при низких концентрациях адсорбата ⁶⁹. Это подтверждение результатов, полученных на фиг. 4B, где самый высокий процент удаления МБ на косточках черной оливы при всех температурах был получен при более низких начальных концентрациях МБ.Значение константы Фрейндлиха (K _f) для зеленых оливковых косточек существенно не изменилось при повышении температуры с 35 до 45 ° C. Указывает на очень схожую адсорбционную способность по отношению к МБ при обеих исследованных температурах. Однако значение K _f черных оливковых косточек увеличилось с 7,7 до 22,7 мг / г при повышении температуры с 35 до 45 ° C. Это указывает на значительное влияние температуры на адсорбционную способность черных оливковых косточек ⁷⁰.Константы модели изотермы Дубинина – Радушкевича представлены в таблице 2. Значения R ² показывают применимость процесса адсорбции МБ на зеленых и оливковых косточках. Значения энергетической постоянной (B _D) для модели изотермы Дубинина – Радушкевича показали, что процесс адсорбции для обоих адсорбентов является безэнергетическим процессом. Константа адсорбционной емкости Дубинина – Радушкевича (q _D) показывает, что при 35 ° C зеленые оливковые косточки показали более высокую емкость (388 мг / г), чем черные оливковые косточки (318.5 мг / г) для удаления МБ. Хотя при 45 ° C, оба адсорбента демонстрируют одинаковую способность адсорбировать МБ (499,9 мг / г). Значения R ² для модели изотермы Темкина показывают, что адсорбция МБ на зеленых оливковых косточках также может быть описана моделью. Кроме того, значение теплоты сорбции (B) для зеленых оливковых косточек при 35 ° C положительно, а при 45 ° C — отрицательно. Как упоминалось ранее (Таблица 2), значение B _D для адсорбции МБ на зеленых оливковых косточках при 25 ° C было отрицательным.Это означает, что адсорбция МБ на зеленых оливковых косточках в соответствии с механизмом адсорбции Темкина может быть физической и эндотермической при самых низких и самых высоких изученных температурах, в то время как химическая и экзотермическая при 35 ° C. Сравнивая черные оливковые камни с зелеными оливковыми косточками, они показали высокие положительные значения B _D при всех исследованных температурах, что указывает на химический и экзотермический процесс адсорбции MB ^62,65.

Кроме того, адсорбционная способность БМ зеленых и черных оливковых косточек сравнивалась с другими предыдущими исследованиями; сделан вывод, что их адсорбционная способность была намного выше, чем у других адсорбентов ^{71,72,73,74,75,76,77,78,79}.

Термодинамика адсорбции

В адсорбционных системах термодинамические концепции, такие как энтальпия, энтропия и свободная энергия Гиббса, могут быть рассчитаны вместе с изотермами адсорбции, чтобы дополнительно охарактеризовать поведение реакций и дать представление о тенденциях предлагаемых мер по очистке многие загрязнители окружающей среды методом адсорбции ^35,36. Расчет термодинамики проводился для исследуемых адсорбентов при 25, 35 и 45 ° C, где концентрация MB варьировалась, как обсуждалось ранее в уравнениях.(3) и (4). Значения ∆G ° для обоих адсорбентов были довольно схожими: -16,6 кДж / моль, -19,6 кДж / моль и -22,6 кДж / моль при 25 ° C, 35 ° C и 45 ° C, соответственно. При этом значения ∆H ° и ∆S ° составили 72 кДж / моль и 297,2 Дж / К моль ⁻¹ соответственно. По полученным отрицательным значениям свободной энергии Гиббса можно сделать вывод, что адсорбция МБ на зеленые и черные оливковые камни была спонтанной при всех исследованных температурах. Кроме того, положительные значения энтропии подтверждают спонтанность и высокий уровень беспорядка процесса адсорбции.Полученные положительные значения энтальпии указывают на то, что процесс адсорбции МБ на обоих оливковых косточках является эндотермическим. Это было подтверждено ранее по результатам влияния температуры на адсорбцию МБ на обоих типах оливковых косточек.

Чтобы оценить значимость результатов, полученных в этом исследовании, для всех экспериментов был проведен дисперсионный анализ (ANOVA) (влияние pH, температуры и размера частиц адсорбента на адсорбцию МБ на оливковых косточках).Однофакторный тест ANOVA использовался для оценки влияния pH и размера частиц на адсорбцию МБ на оливковых косточках, поскольку температура и концентрация МБ были постоянными. В отличие от этого, был проведен двухфакторный тест ANOVA для выяснения взаимосвязи между исходной концентрацией МБ и температурой. Результаты однофакторного теста ANOVA для влияния pH и размера частиц адсорбента на удаление МБ показали значение P ≥ 0,05 для обоих типов оливковых косточек. Поэтому результаты существенно не отличаются.Однако результаты двухфакторного дисперсионного анализа влияния концентрации и температуры на удаление МБ на зеленые оливковые косточки показывают значительную разницу при значении p 0,01. Кроме того, косточки черных оливок показали значительную разницу во влиянии концентрации и температуры на адсорбцию МБ с p-значением 0,000033.

Применение черных и зеленых оливковых косточек в образце реальных сточных вод

Сточные воды текстильной прачечной использовались в качестве адсорбционной среды для исследования влияния черных и зеленых оливковых косточек на удаление МБ из реальных сточных вод.Характеристики собранных сточных вод, использованных в этом исследовании: pH (7,3), проводимость (711 мкСм / см), химическая потребность в кислороде (ХПК) (143 мгО ₂ / л), биологическая потребность в кислороде (БПК ₅) ( 88,3 мгO ₂ / л), общий органический углерод (TOC) (81,4 мг / л), содержание фосфатов (153,1 мг / л), поглощение при 663 нм (0,049) и общее количество взвешенных твердых частиц (TSS) (222 мг / л). L). Затем проба сточных вод была подвергнута загрязнению МБ с концентрацией 600 мг / л. Адсорбционная способность (q _e) для MB составляла 458 и 525 мг / г для черных и зеленых оливковых косточек, соответственно.Это соответствует процентному содержанию удаления 76,33% и 81,45% соответственно. Это указывает на большой потенциал применения черных и зеленых оливковых косточек для удаления МБ из сточных вод красителей.

Исследования десорбции

Очень важно изучить процесс десорбции и механизмы адсорбированного МБ на черных и зеленых оливковых косточках. Повторное использование отработанных адсорбентов считается важным экономическим аспектом снижения материальных затрат. В качестве подхода устойчивого развития исследование десорбции ограничивалось только использованием этанола и уксусной кислоты, чтобы не образовывать опасные продукты выщелачивания ⁷⁴.Выявлено, что десорбционная способность к удалению увеличивается с увеличением концентрации уксусной кислоты до 10% об. Общая десорбционная способность по удалению черных и зеленых оливковых косточек, содержащих МБ, составила 92,5 и 88,1% соответственно. В связи с этим было высказано предположение, что силы притяжения между МБ и черными и зелеными оливковыми камнями были слабыми, и они были почти такой же силой, как и физисорбция. Однако способность к десорбции и удалению у черных оливковых косточек была выше.

Mouni et al., 2018 ⁷⁴ изучали десорбционные исследования с водой. Было указано, что адсорбент успешно удерживает МБ даже после нескольких циклов. После четырех циклов адсорбционная способность МБ снизилась с 56 до 23%. Pathania et al. ⁷⁹ провели исследования десорбции с 1% HCl, H ₂ SO ₄ и NaOH. Были изучены различные десорбционные среды. 100 мг активированного угля, полученного из луба Ficus carica , насыщали 5 мг / л (50 мл) МБ.84% МБ было десорбировано с использованием HCl в качестве десорбционной среды. Однако после шести циклов эффективность адсорбции снизилась до 45%.

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Адсорбция природных органических веществ и фосфора из поверхностных вод с использованием нагретого оксида алюминия (предварительно осажденного) динамического мембранного адсорбера

1. Введение

Применение динамической мембраны (DM) в последние годы широко изучается для фильтрации воды и очистки сточных вод [1,2] . DM образуется, когда на поверхность мембраны наносится слой частиц из питательной воды.Этот динамически сформированный пористый фильтрующий слой используется в качестве физического барьера, который также называют вторичной мембраной. Преимущества применения DM, такие как уменьшение загрязнения и увеличенный срок службы мембраны, широко описаны в литературе [1,2,3,4,5]. Различные частицы разного размера, которые могут быть обнаружены в питательной воде, отклоняются DM. До сих пор сообщалось о двух основных категориях DM: самоформирующиеся DM и предварительно депонированные. В каждом случае непрерывный процесс образования DM помогает защитить нижележащую мембрану.В отличие от предварительно осажденных DM, где вторичная мембрана создается путем фильтрации растворов, содержащих определенные частицы или коллоиды [2], самоформирующиеся DM генерируются веществами, присутствующими в питательной воде. Затем, как только слой DM загрязнен, его можно заменить новым [5]. Избыточное количество фосфора в поверхностных водах создает серьезные экологические и технологические проблемы. Обычно присутствие соединений фосфора является ограничивающим фактором для первичной продукции фитопланктоном в озерах, и его избыточное количество может привести к эвтрофикации [4].Кроме того, чрезмерное количество фосфора может быть связано с неконтролируемым ростом местных бактерий в сетях распределения питьевой воды. Хотя органический углерод является наиболее важным питательным веществом для роста бактерий, неорганические питательные вещества, такие как фосфор и азот, не менее важны [6,7]. На сегодняшний день большая часть работ по удалению фосфора сосредоточена на его удалении из сточных вод. Однако, поскольку он может способствовать повторному росту микробов в водораспределительных сетях, важно изучить более эффективные методы удаления фосфора [8,9,10,11,12,13,14].Рамочная директива по воде (Директива 2000/60 / EC Европейского парламента) установила пределы от 0,5 до 1,0 мг / л. Предполагается, что нижний предел будет снижен до 0,1 мг / л, но, в то же время, этого может быть невозможно достичь с помощью средств, имеющихся в современной технологии. Учитывая эту проблему, ведется поиск наиболее эффективных методов удаления соединений фосфора. Удаление фосфора может быть выполнено с использованием физико-химических методов, биологической очистки и / или их комбинации.На практике наиболее часто применяемыми методами являются физико-химические процессы, включающие осаждение, сорбцию и / или ионный обмен [15]. Среди методов, применяемых для удаления соединений фосфора, в последнее время все большее внимание привлекает процесс адсорбции. Были синтезированы и применены различные оксиды металлов и гидроксиды металлов для улавливания соединений фосфора, особенно фосфата, из исходной воды [16]. Galjaard et al. (2001) изучали влияние материалов предварительного покрытия, таких как порошковый активированный уголь, диоксид титана и оксид железа, на прямую обработку поверхностных вод.Эти материалы сначала увеличивали скорость обрастания, затем они стабилизировались и, таким образом, уменьшали загрязнение [17]. Ersahin et al. также подчеркнули, что слой DM играет важную роль в удалении органических веществ [18]. Исследовательская группа Бенджамина разработала гибридный адсорбент / мембранный процесс, включающий стадию предварительной обработки, на которой вода пропускалась через предварительно осажденный слой HAOP (нагретые частицы оксида алюминия), после чего следовала обычная мембранная фильтрация [1,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29,30].Этот процесс был впервые применен Кимом и др. (2007) [23]. HAOP были синтезированы для удаления основных загрязняющих веществ, таких как природное органическое вещество (NOM), из поверхностных вод, а также для уменьшения загрязнения мембраны, расположенной ниже по потоку. По сути, они представляют собой адсорбенты, сочетающие в себе адсорбцию и фильтрацию гранулированной среды [19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30]. Основное применение HAOP — предварительная обработка перед мембранной фильтрацией. Anantharaman et al. (2020) сообщили, что реализация DM, состоящая из HAOPs, защищает мембрану, на которой депонирован DM [1].Кроме того, они сообщили, что HAOP могут использоваться в качестве слоя покрытия на пористой поверхности, такой как мембраны для ультрафильтрации, и доказали свою эффективность при удалении соединений NOM из воды [19,20,21,22,25,26,27,28, 29]. Поскольку осаждение HAOP включает интеграцию фильтрации с использованием гранулированной среды и адсорбции с уплотненным слоем, подаваемая вода должна проходить через слой предварительно нанесенного адсорбента на фильтрующую среду. Сообщалось, что такой адсорбер DM очень эффективен в снижении как NOM, так и загрязнения [19,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30].Хотя DM, содержащие HAOP, были исследованы на предмет удаления фосфора из сточных вод, производимых мембранным биореактором (MBR) [20,24], они еще не исследовались на предмет удаления фосфора из поверхностных вод. С одной стороны, Kim et al. (2008) сообщили, что оксиды железа обладают более высоким адсорбционным сродством к фосфору по сравнению с HAOP [21]. В то же время Lee et al. (2019) подчеркнули, что использование HAOP в качестве адсорбента дает более качественный очищенный пермеат с использованием более низких доз адсорбента [24].Кроме того, Ли и др. (2019) сообщили, что ил, образовавшийся из загрязненных слоев DM, очень легко обезвоживать и сушить с помощью вакуумной фильтрации и сушки [24]. В последнее время Manamperuma et al. (2019) наблюдали значительное удаление цвета из питательной воды при тестировании применения HAOP в полностью автоматизированной пилотной системе. NOM представляет собой смесь макромолекул, а гуминовая кислота (HA) отвечает за цвет воды [29]. В этом исследовании HAOPs были предварительно покрыты / нанесены на трубку с нейлоновой сеткой 10 мкм в режиме рециркуляции, чтобы ограничить потерю HAOP [29].Однако не было указано, возможно ли восстановить и повторно использовать HAOP. Обработка осадка, а также энергопотребление процесса также не оценивались.

В данной работе исследуется использование адсорбера DM с предварительно нанесенным покрытием, содержащего HAOP, для одновременного удаления NOM и фосфора из поверхностных вод. Рукопись сосредоточена на удалении как NOM, так и фосфора из поверхностных вод, поскольку биологическая стабильность воды является новой важной темой в технологии водоснабжения, а низкие концентрации соединений углерода и фосфора считаются ограничивающими факторами этого явления.Основная цель представленной статьи — исследование новых областей применения адсорбера ДМ на основе ГАОП.

2. Материалы и методы

2.1. Сырая вода

Сырьем для системы фильтрации служила поверхностная вода из реки Олесница (51 ° 11′59,2 ″ с.ш., 17 ° 19′53,8 ″ в.д.). Река была выбрана из-за высокого содержания фосфора. Пробы воды были взяты из ок. 20–50 см ниже уровня грунтовых вод. Качество воды ухудшалось в основном из-за содержания выше среднего содержания биогенных элементов, нитритного азота и соединений фосфора [31].Диапазоны значений выбранных показателей для оценки качества речной воды представлены в таблице 1.

2.2. Реагенты

Для приготовления HAOP использовали октадекагидрат сульфата алюминия и гидроксид натрия, полученные от WarChem, Польша. Гуминовая кислота (ГК) была получена от Sigma Aldrich, Польша.

2.3. HAOPs 90–120 HAOP были синтезированы в соответствии с методом Cai et al. [19]. Раствор 18-гидрата сульфата алюминия нейтрализовали до pH 7, а затем нагревали в закрытом контейнере при 110 ° C в течение 24 часов.Полученные таким образом частицы имеют диаметр в диапазоне 1,5–30 мкм [27]. В различных отчетах описывается отложение HAOP, испытанное на различных поддерживающих структурах (мембранах, обычно PES, металлических и нейлоновых сетках) [19,21,22,23,27,28,30]. После фильтрации желаемого количества воды слой HAOP можно легко удалить с помощью гидравлической очистки, что предполагает, что HAOP прилипают к опорной конструкции только за счет физических связей. Предварительно нанесенный слой HAOPs значительно уменьшил засорение с гидравлическим временем пребывания в слое HAOPs от 3 до 5 с в зависимости от толщины слоя [21].HAOPs обеспечивают лучшее удаление NOM с увеличенным потоком, а приложенное давление мало влияет на эффективность фильтрации [6,8,9,10,17,18,19,20]. Слой HAOP обычно предварительно наносится на ультрафильтрационные мембраны (UF), но также используются другие материалы, такие как нейлон или металлические сетки (размер пор 0,2 мкм). На сегодняшний день лучшая структура поддержки для частиц HAOP, измеренная по эффективности удаления, была достигнута с применением мембран UF [19,21,22,23,26].

2.4. Мембрана

Плоские полиэфирсульфоновые (PES) УФ-мембраны (Microdyn-Nadir GmbH, Висбаден, Германия) с отсечкой по молекулярной массе 150 кДа были использованы для этого исследования. Анализируемые мембраны состоят из тонкой и плотной поверхностной оболочки поверх пористой субструктуры, расположенной на нетканом полотне, армирующем всю ткань. Мембранный блок работал с дисками мембраны диаметром 47 мм и эффективной площадью 9,62 см. ² помещались в фильтрующий патрон.

2.5. Сканирующая электронная микроскопия (SEM).

Мембраны

разрезали на образцы. После сушки в течение 24 ч поверхность мембраны оценивали с помощью SEM и отображали с использованием ускоряющего напряжения изображения, сфокусированного на структуре верхнего слоя мембраны.

2.6. Аналитические методы

Эффективность исследуемых процессов определялась путем измерения количества органического вещества в образцах до и после фильтрации. Концентрацию NOM контролировали путем измерения поглощения UV254 нм.Спектры поглощения регистрировали на спектрофотометре Thermo Scientific ™ Evolution 201 UV-Vis при длинах волн от 200 до 450 нм. Дополнительно были выполнены химическая потребность в кислороде COD-KmnO ₄, тест на мутность и цветность [32]. Концентрация фосфатов и общего фосфора была измерена стандартным методом 4500-P с использованием колориметрического метода ванадомолибдофосфорной кислоты и спектрофотометра Hach DR / 4000 [32]. 32].

2.7. Удаление фосфора в экспериментах по периодической адсорбции

Эти эксперименты проводились для двух концентраций, которые имели место в исследуемой реке (3.38 и 7,72 мг P / л) и для двух концентраций выше типичных значений фосфора.

Изучение адсорбции фосфора проводили с различными исходными концентрациями фосфора и фиксированной дозой адсорбента при постоянной температуре (25 ° C ± 2) в магнитной мешалке. Исходный раствор дигидрогенофосфата калия (KH ₂ PO ₄) готовили растворением его в DI до концентрации 40 мг P / л. Для изотерм адсорбции исследуемую массу HAOP вводили в 100 мл исследуемого раствора с разной концентрацией фосфора (28.7, 18,4, 7,72 и 3,38 мг P / л). PH раствора поддерживали на уровне 6,5. Раствор перемешивали в течение 60 мин, чтобы обеспечить приблизительное равновесие. В конце периода адсорбции раствор фильтровали через мембранный фильтр 0,45 мкм и затем анализировали на концентрацию фосфора.

Адсорбированное количество Q _e рассчитывалось согласно: где C _o и C _e (мг / л) — начальная и равновесная концентрации фосфора в растворе соответственно, V (L) — объем раствора, а m (г) — масса адсорбента. .

Влияние pH на адсорбцию фосфора изучали в диапазоне от 2 до 11. pH регулировали 0,1 М растворами NaOH и 0,1 М HCl. В исходном растворе ионная сила составляла от 0,00014 моль / л до 0,00002 моль / л. Ионы, присутствующие в исходном растворе, представляют собой ион калия K + и ион дигидрофосфата h3PO4-. Ионную силу регулировали добавлением NaCl.

Изотермы адсорбции были оценены в соответствии с моделями Ленгмюра и Фрейндлиха, представленными уравнениями (2) и (3), соответственно: где Q _e представляет собой массу адсорбированного адсорбата в мг на массу адсорбента в г, C _e представляет собой равновесную концентрацию адсорбата в мг / л, Q _м представляет собой максимальную адсорбционную способность адсорбента по Ленгмюру в мг. адсорбата на грамм адсорбента, а K _L — константа адсорбции Ленгмюра в л / мг.Величина K _L в модели Ленгмюра указывает на степень сродства адсорбат-адсорбент. Константы адсорбции для модели Фрейндлиха, K _F (л / мг) ^{1 / n} и n (безразмерный), определены эмпирически. Коэффициент разделения или параметр равновесия (R _L) можно определить как: где b — постоянная Ленгмюра, а C ₀ — максимальная начальная концентрация фосфора (мг / л). Значение R _L указывает на то, что природа адсорбции может быть либо неблагоприятной (R _L> 1), либо линейной (R _L = 1), либо благоприятной (0 R _L R _L = 0) [33 ].

2.7.1. Влияние pH

Адсорбцию фосфора на динамическом мембранном адсорбере (HAOP) определяли при значениях pH от 2 до 11.

2.7.2. Влияние ионной силы на эффективность удаления фосфора

Испытание было проведено для оценки разницы в адсорбции для ионной силы фонового 2 мМ с добавлением 0,003 и 0,3 М NaCl. Фоновая ионная сила составляла около 2 мМ (определялась применением фактора Рассела к проводимости раствора).

2.7.3. Влияние сосуществующих органических веществ

Для того, чтобы оценить эффективность как NOM, так и соединений фосфора, была приготовлена смесь HA и дигидрогенофосфата калия (KH ₂ PO ₄). HA использовался как заменитель NOM. Поскольку взаимодействие фосфора с HA было изучено ранее, постулировалось, что во взаимодействии фосфора и HA участвуют мостиковые металлы и депротонированные органические функциональные группы [34].

HA растворяли в щелочном растворе (NaOH), а затем снижали pH до 7 путем медленного добавления раствора кислоты (HCl) с последующей обработкой ультразвуком для предотвращения агломерации.Применяемые концентрации ГК составляли 3,65 мгС / л, 9,65 мгС / л и 15,56 мгС / л.

2,8. Эксперименты по фильтрации

2.8.1. Рабочие условия для экспериментов по фильтрации

Сначала мембраны замачивали в деионизированной воде (DI) примерно на 30 мин. Затем они были помещены в картриджную фильтрующую установку (Pall Co., Нью-Йорк, Нью-Йорк, США) и затем уплотнены фильтрацией ДИ в течение еще 30 мин. Впоследствии HAOP были нанесены на поверхность мембран путем инъекции желаемой дозы HAOP в картриджный фильтр с помощью шприца [19,20,21,22,23,26,30].Сразу после нанесения HAOP через осажденный слой пропускали DI и контролировали давление и поток. Никаких существенных изменений ни в одном из них не зафиксировано. Кроме того, контролировали мутность пермеата, чтобы гарантировать, что HAOP не попадут в него. Проверка мутности — стандартная операционная процедура в этой технологии. После фильтрации ДИ в течение 30 мин вводили питательную воду. Слой HAOP, созданный таким образом, имеет сопротивление через слой между 1.4 и 2,4 × 10 ¹¹ м ⁻¹ [21] и толщиной HAOP 5 ~ 10 мкм [27]. Для испытания на фильтрацию вода из реки Олесница подавалась в установку (рис. 1), которая работала в тупиковом режиме с использованием плоской мембраны из PES, установленной в фильтрующий патрон, при рабочих условиях 150 литров на квадратный метр на 1 кв. час (LMH) и температура окружающей среды (20 ± 5 ° C). Затем поток воды J был рассчитан по уравнению (5): где V (L) — совокупный объем пермеата, полученный за время t (ч), и площадь поверхности A (² м) мембраны.

Все циклы имели одинаковую длительность, за исключением теста, проведенного на чистой мембране (контрольный прогон).

В первом эксперименте питательная вода подавалась непосредственно в картриджный фильтр без какой-либо предварительной обработки. Второй эксперимент включал нанесение 20 г / м ² HAOP в качестве эффективной поверхностной нагрузки Al (мг Al на литр обработанной воды). Третий эксперимент был идентичен второму, но доза HAOP была уменьшена вдвое (10 г / м ²).В последнем эксперименте было нанесено 17 г / м ² HAOP. После каждого осаждения HAOP во всех фильтрационных экспериментах на фильтр подавалась исходная вода. Обычно пермеат собирали для анализа в виде смеси за весь цикл фильтрации, и в нескольких тестах обсуждаемые параметры измерялись каждый час.

2.8.2. Обработка данных

Данные были проанализированы с помощью Microsoft Excel (Microsoft Office для дома и учебы 2019). Формула процентной эффективности удаления использовалась для расчета производительности динамического мембранного адсорбера, чтобы оценить, сколько NOM было удалено:

% Эффективности удаления = сырье-пермеатфид · 100

(6)

4.Резюме и выводы

В представленном исследовании тестировалось применение динамического мембранного адсорбера (HAOP) для удаления фосфора из поверхностных вод. Результаты показали, что максимальная эффективность удаления 77% была достигнута в случае фосфора, в то время как фосфат был удален ниже предела обнаружения. В случае NOM результаты показывают, что процесс очень эффективен, с удалением от 57,49% до 92%, в зависимости от дозы HAOP.

В случае синтетической воды максимальная эффективность удаления 99.99% было достигнуто. Что касается адсорбционной емкости, это исследование показало, что изотерма адсорбции Ленгмюра лучше всего соответствует экспериментальным данным (0,9893). Кинетика адсорбции фосфора на HAOP лучше всего описывается моделью псевдо второго порядка.

Наилучшее удаление фосфора было достигнуто при нейтральном pH (pH 6–7), и увеличение ионной силы не оказало существенного влияния на эффективность удаления фосфора.

Присутствие органических веществ немного снижает эффективность удаления фосфора, и это в основном относится к сильно загрязненным водам.

Оцениваемый процесс требует дальнейшего изучения. Адсорбция фосфора на DM с использованием адсорбции на HAOP и мембранной фильтрации выглядит многообещающей, но требует оптимизации.

Исследования показали, что HAOP очень эффективны при высоком содержании фосфора в поверхностных водах, в то время как концентрация в неочищенной воде снижается, эффективность удаления этого элемента снижается.

40 CFR § 65.152 — Угольные адсорберы, используемые в качестве регулирующих устройств.| CFR | Закон США

§ 65.152 Угольные адсорберы, используемые в качестве устройств контроля.

(a) Углеродное адсорбционное оборудование и эксплуатационные требования.

(1) Владельцы или операторы, использующие углеродные адсорберы для удовлетворения требований к 98-процентному сокращению выбросов или 20 частям на миллион по объему на выпускной концентрации, как указано в § 65.63 (a) (2) или 40 CFR 60.562-1 (a) (1) (i) (A) для технологических вентилей или § 65.83 (a) (1) для передаточных стоек с высокой пропускной способностью, в зависимости от обстоятельств, должны соответствовать требованиям этого раздела.

(2) Углеродные адсорберы, используемые в соответствии с положениями этого подраздела, должны работать постоянно, когда в них сбрасываются выбросы.

(b) Требования к испытаниям на эффективность углеродного адсорбера.

(1) Если первоначальное испытание производительности не было ранее проведено и отправлено в соответствии с разделом ссылки и за исключением случаев, указанных в § 65.157 (b), владелец или оператор должен провести начальное испытание производительности любого углеродного поглотителя, используемого в качестве устройства управления, чтобы соответствовать требованиям. с положениями этого подпункта в соответствии с процедурами, изложенными в §§ 65.157 и 65.158. Записи эксплуатационных испытаний должны храниться, как указано в § 65.160 (a) и (b), а отчет об эксплуатационных испытаниях должен быть представлен, как указано в § 65.164. Как предусмотрено в § 65.145 (b) (1), испытание производительности может использоваться в качестве альтернативы оценке конструкции емкостей для хранения и средств управления перегрузочной эстакадой с низкой пропускной способностью. Как предусмотрено в § 65.146 (b), никаких испытаний производительности для подтверждения соответствия требованиям на утечки оборудования не требуется.

(2) Если это уже не разрешено применимым разрешением раздела V, если владелец или оператор решит использовать угольный адсорбер для замены существующего устройства рекуперации или контроля в более поздний срок, владелец или оператор должны уведомить Администратора путем внесения изменений в разрешить заглавие V регулируемого источника или, если заглавие V не применимо, путем подачи уведомления, указанного в § 65.167 (а) до внесения изменений. После внедрения изменения должно быть соблюдено одно из следующих положений, в зависимости от того, что применимо:

(i) Замените устройство окончательного восстановления. Если владелец или оператор решает заменить устройство окончательной рекуперации на технологическом вентиляционном отверстии на углеродный адсорбер, используемый в качестве устройства контроля, владелец или оператор должны соблюдать применимые положения §§ 65.63 (e) и 65.67 (b).

(ii) Заменить устройство управления. Если владелец или оператор решает заменить контрольное устройство на технологической вентиляции Группы 1 или высокопроизводительной транспортной эстакаде на углеродный адсорбер, используемый в качестве контрольного устройства, владелец или оператор должны выполнить испытание производительности, используя методы, указанные в §§ 65. .157 и 65.158 в течение 180 дней. Отчет об испытании производительности должен быть представлен Администратору в течение 60 дней после завершения испытания, как предусмотрено в § 65.164 (b) (2).

(1) Если угольный адсорбер используется в качестве устройства управления, устройство мониторинга органических веществ, способное обеспечивать непрерывную запись, или интегрированное устройство мониторинга потока регенерирующего потока, имеющее точность ± 10 процентов или выше, способное регистрировать общий регенерированный поток. должен использоваться массовый или объемный расход для каждого цикла регенерации, а также устройство контроля температуры углеродного слоя, способное регистрировать температуру углеродного слоя после каждой регенерации и в течение 15 минут после завершения любого цикла охлаждения.Результаты мониторинга должны быть записаны, как указано в § 65.161. Общие требования к системам мониторинга и непрерывного мониторинга параметров содержатся в § 65.156.

(2) Владелец или оператор должны установить диапазон контролируемых параметров, который указывает на правильную работу угольного адсорбера. Если отслеживаются поток регенерирующего потока и температура углеродного слоя, диапазон должен соответствовать полному потоку регенерирующего потока за цикл регенерации и температуре углеродного слоя, определенной в течение 15 минут после завершения цикла регенерационного охлаждения.Чтобы установить диапазон, информация, требуемая в § 65.165 (c), должна быть представлена в Первоначальном отчете о статусе соответствия или в заявке на разрешение на эксплуатацию или поправке. Диапазон может быть основан на предварительном тесте производительности, отвечающем спецификациям в § 65.157 (b) (1), или на существующих диапазонах или пределах, установленных в ссылочном подразделе.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Гранулированный активированный уголь не работает?

С тех пор, как гранулированный адсорбент, такой как костяной уголь и гранулированный активированный уголь (GAC) заменил порошкообразный активированный уголь (PAC), количество воздуха в слое сухого GAC отрицательно сказалось на производительности многих адсорбционных систем.Слишком многие операторы жидкофазных адсорбционных систем не знают об этом свойстве.

В типичном слое из сухого активированного угля углеродный скелет занимает только 20 объемных процентов слоя. Остальное — воздух. Пятьдесят процентов воздуха находится в пустотах, а остальные 50% — в порах угля. Этот воздух должен быть удален из слоя во всех случаях адсорбции жидкости GAC. Чтобы избавиться от воздуха в порах, уголь нужно как следует смочить.

К сожалению, смачивание угля, которое происходит, когда обрабатываемая жидкость попадает в поры угля и вытесняет воздух при нормальных рабочих температурах, не является мгновенным и зависит от температуры и времени (см. Таблицу 1 [стр. 9]
и Рисунок 1).

По мере вытеснения воздуха из пор в слое образуются воздушные карманы. Этот воздух не покидает слой, поскольку жидкость течет вниз через слой. По возможности необходимо принять меры по его удалению перед запуском адсорбера. Метод наиболее эффективного удаления воздуха из адсорбера зависит от системы.

Pilot Systems
Когда проводится пилотное испытание, и воздух не удален из угля, делается неверный вывод об эффективности угольных характеристик, и рекомендуется не использовать уголь для конкретного применения.Это не редкость.

Если в пилотной системе используется менее 10 фунтов углерода, целесообразно поместить уголь в кипящую воду на два-три часа, прежде чем помещать его в колонки.

Для более крупных пилотных систем уголь следует поместить в контейнер с водой или обрабатываемой жидкостью за несколько дней до помещения его в пилотные колонны.

Системы без обратной промывки
С учетом закрытых бочек емкостью 55 галлонов: По возможности воду или жидкость, подлежащую обработке, следует вводить в барабан за несколько дней до запуска.Несколько раз в день барабан следует наклонять и встряхивать, чтобы воздух поднялся к вершине угля и вышел через открытое сопло.

Если барабан ставится на поток без надлежащего предварительного увлажнения, следует использовать следующую процедуру. После 24 и 48 часов работы встряхните барабан и откройте входное отверстие, чтобы вытесненный воздух покинул барабан. Другой вариант, при наличии сжатого воздуха, — это давление жидкости из барабана. Когда жидкость снова вводится в барабан, воздух будет выталкиваться вверх по мере того, как жидкость заполняет барабан.Затем этот воздух следует выпустить, чтобы жидкость полностью заполнила барабан, включая внутренние пространства GAC.

Большие барабаны и емкости без обратной промывки
Когда эти емкости заполняются сухим чистым или реактивированным гранулированным активированным углем, одна из следующих процедур гарантирует, что весь воздух будет удален из адсорбера:

Шаг 1. Заполните емкость жидкостью, как только она будет установлена. Чем дольше жидкость будет контактировать с углем до запуска, тем лучше.Предполагая, что уголь успел намочиться, жидкость следует удалить одним из двух способов:
A. Слить жидкость. После того, как емкость опустеет, введите жидкость в емкость, выпуская вытесненный воздух.
B. Вытесните жидкость из резервуара через нормальную линию нагнетания с помощью сжатого воздуха. Когда вся жидкость вытечет, снова налейте жидкость в сосуд, выпуская воздух. Когда сосуд наполняется жидкостью, воздух удален.
Этап 2. Если уголь не был должным образом предварительно увлажнен перед помещением в поток, один из ранее обсужденных этапов удаления воздуха должен быть выполнен через 24, 48 и 72 часа работы. Это может показаться неприятным, но если этого не сделать, расход углерода будет больше, чем ожидалось, что сделает обработку слишком дорогой, а падение давления может ограничить поток.

Во многих случаях это невозможно, потому что необработанной жидкости нет места.В этих ситуациях было бы желательно использовать предварительно увлажненный реактивированный уголь. Если это нежелательный вариант, рекомендуется следующая процедура, хотя она требует много времени и не так проста, как ранее описанные процедуры, и не является гарантией того, что весь воздух удален:

Шаг 1. Определите объем в галлонах, занимаемый углеродом, разделив фунты углерода на 27 фунтов / фут3 и умножив на 7,48 галлонов / фут3.
Шаг 2. Введите 20% этого объема воды на дно емкости со скоростью от 5 до 10 галлонов в минуту / фут2.
Шаг 3. Как минимум через два дня добавьте на 20% больше объема, повторив шаг 2. Чем дольше между частичными заполнениями, тем лучше. Убедитесь, что вентиляционное отверстие открыто для выхода воздуха.
Шаг 4. Повторите шаг 3 еще три раза. После последней заливки подождите не менее двух дней, прежде чем продолжать работу.

Системы с обратной промывкой Обработка воды
После того, как адсорбер заполнен и выдержан как можно дольше, необходимо выполнить операцию обратной промывки в течение 30–45 минут.Это позволяет достичь трех целей:

Шаг 1. Гранулы углерода разделяются таким образом, что более мелкие гранулы находятся наверху слоя, а более крупные — на дне. К счастью, при обратной промывке емкости в будущем относительное положение гранул не меняется, поэтому зона массопереноса не нарушается.
Шаг 2. Воздух удаляется из слоя. Если уголь не был предварительно увлажнен перед пуском в эксплуатацию, последующие промывки следует проводить через 24, 48 и 72 часа для удаления воздуха.
Этап 3. Углеродная мелочь удаляется из слоя.

Системы обработки чистых углеводородов
Когда жидкий углеводород вводится в активированный уголь, температура увеличивается из-за теплоты адсорбции.

Шаг 1. Чтобы минимизировать повышение температуры, жидкость следует вводить в верхнюю часть емкости.
Шаг 2. По истечении минимум двух дней слейте жидкость из емкости или под давлением.Если нежелательно ждать два дня, шаги 2 и 3 следует повторить через два или три дня, чтобы удалить больше воздуха.
Шаг 3. Затем введите обрабатываемую жидкость, выпуская воздух.