Kinetics, Thermodynamics and Adsorption of BTX via Date-Palm Pits Carbonization I Aqueous Solution
Date
2014
Authors
Rasha Fawzi Khaled Ahmad
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Activated carbon has been the most widely used as adsorbent , which is a versatile adsorbent due to its large area, porous structure, high adsorption capacity and variable surface chemical composition. Benzene, toluene and xylene( BTX) compounds are toxic organic compounds that appear in underground water resources as results of leakage from underground fuel tanks and also improper waste discharge of oil and petrochemical industries.
In this work, Palm date pits(Majhool) were used as the precursor in the preparation of activated carbon. The date pits were first washed with water to get rid of impurities, dried at 110 °C for 24 h, crushed, then it was mixed with FeCl3, AgNO3 and CuSO4•5H2O solution (as activating agent) at an impregnation ratio of 1:2 for 24 h at room temperature. The impregnated samples were next dried at 110°C. A stainless steel reactor was used for the carbonization of dried impregnated sample. The reactor was placed in a tube furnace and heated to reach an activation temperature (700°C ).
Adsorption of BTX compounds from water by using activated carbon produced from date palm pits activated by FeCl3 was investigated in terms of contact time, adsorbent dose, temperature, pH and BTX concentration. Results indicated that the adsorption effectiveness was increased with increasing the pH , dose amount and the contact time. On the other hand, the adsorption efficiency was found to increase with decreasing the temperature.
The equilibrium adsorption isotherm was explained using Langmuir and Freundlich models. BTX adsorption was better represented by Langmuir model. The kinetic of adsorption was studied using pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion. It was found that the adsorption followed pseudo-second order. Adsorption thermodynamic parameters for BTX adsorption such as standard enthalpy ΔH°, standard entropy ΔS° and standard free energy ΔG° were calculated.
The shape, size and surface area of the samples were determined using SEM, iodine number and BET. The effect of activating agent on the adsorption efficiency of BTX was also studied.
تعرض العالم للعديد من كوارث تلوث المياه السطحية والجوفية بمشتقات البترول في السنوات الأخيرة وخاصة تلك التي حدثت في خليج المكسيك عام 2010. لذا كان من الضروري البحث عن وسائل التقليل من آثاره الضارة. ولتحقيق هذا الهدف تم إجراء عدة تجارب لتنقية المياه من مشتقات البترول باستخدام الكربون المنشط. ويعتبر الكربون النشط الأكثر استخداما في عملية الامتزاز نظرا لبنيته المسامية ولامتلاكه مساحة سطح كبيرة وقدرته العالية على الامتصاص. البنزين والتلوين والزايلين هي مركبات عضوية سامة تظهر في موارد المياه الجوفية بسبب تسرب الوقود من الخزانات تحت الأرض, وكذلك التصريف غير اللائق لنفايات الصناعات النفطية والبتروكيماوية. في هذه الدراسة تم استخدام نواة ثمرة التمر لتحضير الكربون المنشط حيث تم غسلها بالماء للتخلص من الشوائب ثم جففت على درجة 110 درجة مئوية لمدة 24 ساعة وسحقت ثم مزجت مع محلول FeCl3أو CuSO4•5H2OأوAgNO3 كمادة منشطة بنسبة تشريب 1:2 لمدة 24 ساعة على درجة حرارة الغرفة. وقد جففت العينات المشربة بالمادة المنشطة على درجة حرارة 110مئوية, ثم استخدام جهاز Tube Furnace من اجل كربنة العينات وذلك على درجة حرارة تنشيط تصل إلى 700 درجة مئوية. وأشارت النتائج في هذا العمل إلى أن الكربون المنشط باستخدام FeCl3هو الأفضل في امتزاز البنزين والتلوين والزايلين. وقد تم دراسة اثر الوقت ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة وكمية الكربون المستخدم على قدرة الكربون على الامتزاز. وتشير النتائج إلى أن فعالية الامتزاز زادت بزيادة درجة الحموضة وكمية الكربون والوقت, بينما قلت الفعالية بزيادة درجة الحرارة. وفسرت نتائج الامتزاز التي تم الحصول عليها عند الاتزان باستخدام معادلتي فريندليش و لانجموير, وقد استطاع نموذج لانجموير تفسير عملية الامتزاز. ولمعرفة آلية الامتزاز, أجريت دراسة على ثلاثة أنظمة للحركة هي: نظام الاعتماد من الدرجة الأولى ظاهريا ونظام الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا ونظام تدفق الدقائق إلى داخل الجسيمات. وقد وجد أن الامتزاز يتبع نظام الاعتماد من الدرجة الثانية. تم أيضا حساب ثوابت الديناميكا الحرارية وهي طاقة غيبسΔG°والمحتوى الحراريΔH° والتغير في الفوضى ΔS°. أما شكل وحجم مساحة السطح للعينات فقد تم تحديدها باستخدام طريقة Iodine Number وBET وجهاز SEM.
تعرض العالم للعديد من كوارث تلوث المياه السطحية والجوفية بمشتقات البترول في السنوات الأخيرة وخاصة تلك التي حدثت في خليج المكسيك عام 2010. لذا كان من الضروري البحث عن وسائل التقليل من آثاره الضارة. ولتحقيق هذا الهدف تم إجراء عدة تجارب لتنقية المياه من مشتقات البترول باستخدام الكربون المنشط. ويعتبر الكربون النشط الأكثر استخداما في عملية الامتزاز نظرا لبنيته المسامية ولامتلاكه مساحة سطح كبيرة وقدرته العالية على الامتصاص. البنزين والتلوين والزايلين هي مركبات عضوية سامة تظهر في موارد المياه الجوفية بسبب تسرب الوقود من الخزانات تحت الأرض, وكذلك التصريف غير اللائق لنفايات الصناعات النفطية والبتروكيماوية. في هذه الدراسة تم استخدام نواة ثمرة التمر لتحضير الكربون المنشط حيث تم غسلها بالماء للتخلص من الشوائب ثم جففت على درجة 110 درجة مئوية لمدة 24 ساعة وسحقت ثم مزجت مع محلول FeCl3أو CuSO4•5H2OأوAgNO3 كمادة منشطة بنسبة تشريب 1:2 لمدة 24 ساعة على درجة حرارة الغرفة. وقد جففت العينات المشربة بالمادة المنشطة على درجة حرارة 110مئوية, ثم استخدام جهاز Tube Furnace من اجل كربنة العينات وذلك على درجة حرارة تنشيط تصل إلى 700 درجة مئوية. وأشارت النتائج في هذا العمل إلى أن الكربون المنشط باستخدام FeCl3هو الأفضل في امتزاز البنزين والتلوين والزايلين. وقد تم دراسة اثر الوقت ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة وكمية الكربون المستخدم على قدرة الكربون على الامتزاز. وتشير النتائج إلى أن فعالية الامتزاز زادت بزيادة درجة الحموضة وكمية الكربون والوقت, بينما قلت الفعالية بزيادة درجة الحرارة. وفسرت نتائج الامتزاز التي تم الحصول عليها عند الاتزان باستخدام معادلتي فريندليش و لانجموير, وقد استطاع نموذج لانجموير تفسير عملية الامتزاز. ولمعرفة آلية الامتزاز, أجريت دراسة على ثلاثة أنظمة للحركة هي: نظام الاعتماد من الدرجة الأولى ظاهريا ونظام الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا ونظام تدفق الدقائق إلى داخل الجسيمات. وقد وجد أن الامتزاز يتبع نظام الاعتماد من الدرجة الثانية. تم أيضا حساب ثوابت الديناميكا الحرارية وهي طاقة غيبسΔG°والمحتوى الحراريΔH° والتغير في الفوضى ΔS°. أما شكل وحجم مساحة السطح للعينات فقد تم تحديدها باستخدام طريقة Iodine Number وBET وجهاز SEM.