文摘

本文的目的是探讨甲苯的去除气体解决方案通过甘草glabra根(应用GGR)是浪费材料。批处理吸附实验在不同的条件包括接触时间、吸附物浓度、湿度和温度。提高吸附剂的吸附容量增加了湿度高达50%。甲苯的吸附也在接触时间增加了12 h吸附剂饱和时。pseudo-second-order动力学模型和弗伦德里希模型拟合吸附数据比其他动能和等温线模型,分别。Dubinin-Radushkevich (dr)的吸附等温线还表明,应用GGR是物理性质。热力学分析结果表明吸附过程是放热的。应用GGR作为一种新型吸附剂此前还没有用于污染物的吸附。

1。介绍

环境污染,由于工业的改进,产生了严重的问题在最近几年。挥发性有机化合物(挥发性)是主要的污染物被释放从不同的工厂和过程(1- - - - - -4]。甲苯等挥发性有机化合物的仪器存在的燃料,石油,汽油被广泛应用于许多工业溶剂(5,6]。甲苯气体被排放到大气环境对其生产、运输、应用程序和放电(每年2]。甲苯可以通过呼吸道和胃肠道吸收。人类接触甲苯导致神经毒性,精神抑郁,和各种症状如头痛、疲劳和共济失调(7]。美国环境保护署(构成)考虑甲苯作为主要污染物,必须的浓度降低到很低的水平的环境(8- - - - - -10]。各种技术包括生物过滤器,biotrickling过滤器,bioscrubber,吸附已经成功地采用了去除甲苯蒸汽从气态介质(1,11- - - - - -14]。

许多吸附剂包括沸石(15- - - - - -18),金属氧化物(19],堆肥[11,20.),硅藻土,糠20.)、地面轮胎橡胶(11),和活性炭21- - - - - -26)已被用于去除甲苯蒸汽。在上述吸附剂,吸附,活性炭是一种最常见的过程去除挥发性有机化合物的仪器,特别是甲苯气体的解决方案,但是,它的性价比不高7]。甘草glabra草是生长在世界各地以及伊朗的南部地区27]。很甜、潮湿和舒缓的植物被用作医学保护肝脏,和治疗关节炎和口腔溃疡世纪在欧洲和东方国家27,28]。的根源甘草glabra又厚又长,圆柱、纤维和multibranched [27]在使用药物的提取处理。在这项研究中,浪费的根源,作为一种新型吸附剂,用于去除甲苯气体的解决方案。本研究的主要目的是研究各种条件的影响,包括湿度、接触时间、吸附物浓度和温度对甲苯蒸汽的吸附。

文献综述没有任何先前的研究使用应用GGR浪费作为污染物吸附剂。只有在一项研究中,应用GGR是作为饮用水的生物脱氮碳源(29日]。

2。材料和方法

2.1。制备的吸附剂

甘草glabra根(应用GGR) Rishmak Inc .提供的提取生产公司位于设拉子,伊朗。在3.5酒吧的根草提取压力和140°C温度2小时。然后脱水应用GGR是倾倒在公司浪费材料。本文应用GGR是件0.5 - 1厘米,与去离子水反复洗,干在烤箱60°C 48 h,并在15 psi 20分钟消毒。

2.2。仪器

应用GGR决心的表面积与多点N2气体吸附法(Sorptometer 1042开尔文,Costech国际(意大利)。吸附剂的化学成分也表现为x射线荧光分析仪(力量、S4先驱,德国)和元素燃烧系统(ECS 4010、Costech国际、意大利)。甲苯的浓度(纯度为99.5%,默克公司、德国)溶液中由气相色谱量化配备火焰离子化检测器(GC安捷伦、7890、荷兰)。GC-FID过程进行优化如下。

100的数量μL(气体样本注入仪器1毫升不漏气的注射器(汉密尔顿系列。1001;汉密尔顿有限公司美国NV)配备聚四氟乙烯Minnert配件。

氦(流量为1.11毫升/分钟)和H2(30毫升/分钟的流量)被用作载气和燃料气体,分别。GC柱的特点是安捷伦CP Sil 5: 。烤箱的温度、注入器和检测器固定在100年,230年和250°C。

pH值和粒度分析应用GGR测量通过与标准网格数字酸度计和筛子,分别。体积密度和持水量分析吸附剂进行了根据安et al。30.]。

2.3。吸附实验

实验包括吸附剂湿度(0 - 70%),接触时间(0-24 h)和吸附物浓度(6.928 mg / L)进行了室温(25°C)的250毫升瓶(聚四氟乙烯密封的帽)和混合旋转瓶(300 rpm 24 h)。温度的影响(10 - 50°C)的吸附也决定如上所述。在100年搅拌时间μ分析了L的污染气体供GC-FID甲苯。所有的实验都是一式三份和平均值被认为是执行的。空白样品也被用来确定甲苯的金额损失。空白的复苏范围从93.8到96%,这些复苏的实验数据进行调整。校准曲线的测定甲苯浓度制备根据标准方法(31日]。

应用GGR对甲苯的吸附能力进行了计算 在哪里 (毫克/ g)是应用GGR的吸附能力, (毫克/升)的初始浓度甲苯、 (毫克/升)的平衡浓度甲苯溶液中, (g)吸附剂的质量,和 (左)是污染气体的体积(或体积的瓶)。

3所示。结果与讨论

3.1。特征的媒体

的物理和化学特性应用GGR展示在表1。

表1
应用GGR特点(干基)。
3.2。吸附剂湿度的影响

吸附剂的影响湿度(0 - 70%)的吸附。我们可以看到在图1通过增加吸附剂,吸附容量扩大湿度高达50%。吸附剂湿度高于50%可能是由于媒体的职业被水孔隙度的内容,导致吸附容量的减少。Acuna et al。(2000)发现,含水量的变化甲苯蒸汽的泥炭作为吸附剂对吸附率没有显著的影响(32]。应用GGR湿度50%被用于后续的实验。


图1
介质湿度的影响对甲苯的吸附(吸附剂剂量= 0.6 g,温度= 25°C,接触时间= 24 h,并吸附浓缩的。= 6.928 mg / L)。
3.3。接触时间的影响

图2(一个)显示了接触时间的影响(0-24 h)由应用GGR甲苯的吸附。图中的吸附可以看到时间的推移达到最大容量。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
(一)接触时间对甲苯的去除的影响应用GGR(吸附剂剂量= 0.6 g,温度= 25°C,湿度吸附剂= 50%,和吸附浓缩的。= 6.928 mg / L)。(b) Pseudo-second-order动力学模型。

甲苯的吸附是迅速增加的第一个小时吸附(1.3毫克/克)和稳步提高了在剩下的接触时间12 h自吸附网站更容易吸附过程的一开始,减少了时间的流逝。选择12 h的接触时间的实验。吸附能力( 去除甲苯蒸汽)的应用GGR是2.2毫克/克在12 h接触时间。表2比较了颗粒活性炭(GAC)的吸附能力,堆肥,硅藻土,糠,地面轮胎橡胶(GTR)和应用GGR。活性炭的使用可能会禁止由于其成本太高。应用GGR甲苯的去除能力高于其他天然吸附剂(如堆肥、硅藻土和糠)。

表2
比较不同吸附剂的吸附能力。

由于合适的pH值,持水量、化学成分(表1)和吸附能力,应用GGR建议作为生物过滤的重新包装材料。

3.3.1。吸附动力学

吸附动力学模型可以对指定的吸附剂去除污染物的有效性和确定吸附机制类型。甲苯吸附的实验数据分析了应用GGR通过两种动力学模型包括符合一级和pseudo-second-order模型。符合一级动力学模型显示 在哪里 (毫克/克) (毫克/克)的数量是甲苯吸附到应用GGR平衡和时间( ),分别。 (1 / h)是符合一级速率常数。 和 计算从直线的斜率和截距策划 与 分别为(8]。

获得的数据也安装pseudo-second-order模型。这可以相关的吸附动力学33]

在开始阶段的吸附,因为 几乎等于零,初始吸附率, (g / mg·h),可以为代表 在哪里 和 符合一级模型是一样的。 (g / mg·h)是pseudo-second-order速率常数。 和 得到截距和斜率的吗 对 (见(3),分别33]。

pseudo-second-order动力学模型的甲苯蒸汽通过应用GGR提出了图2 (b)。如图所示,相关系数越高( )获得该模型的准一动力学模型( )表示,该模型拟合吸附数据比其他动力学模型。此外,计算 (2.36毫克/克)通过这个动力学模型合理接近实验 (2.22毫克/克)(表3)。

表3
参数pseudo-second-order从这项研究中获得的动力学模型。
3.4。被吸附物浓度的影响

最初的甲苯浓度的影响的范围0.86 - 13.86 mg / L是呈现在图3(一个)。它可以观察到,应用GGR饱和更快的被污染的空气中甲苯浓度增加。这可能是由于上升的甲苯的驱动力,如范德瓦尔斯力发生在更高浓度的污染物。

(一)
(一)
(b)
(b)
图3
(一)由应用GGR甲苯浓度对吸附的影响(吸附剂剂量= 0.6 g,温度= 25°C,湿度吸附剂= 50%,和吸附浓缩的。= 0.86到13.86 mg / L)。(b)弗伦德里希等温线模型。
3.4.1。吸附等温线

三个吸附等温线模型、朗谬尔弗伦德里希,Dubinin-Radushkevich (dr),应用于分析甲苯浓度之间的关系,大量的甲苯吸附到应用GGR。

朗缪尔等温线预测最大的单层吸附容量的吸附剂34]。显示了等温线 在哪里 (毫克/升) (毫克/克)污染物浓度和吸附剂的吸附容量平衡时间,分别。 (L /毫克)是朗缪尔常数 (毫克/ g)是最大的吸着剂的能力。 和 计算的截距和斜率的情节吗 对 分别为(34]。

弗伦德里希等温线模型被用于多层吸附在非均匀吸附剂的表面(35]。这个等温线模型可以描述的 在哪里 (L / g) 等温线的常数。 和 得到截距和斜率的策划 与 (图3 (b)),分别35]。

等温线参数表4。弗伦德里希等温线模型描述了甲苯的吸附到应用GGR很好( )。哦et al。(2009)表明,甲苯蒸气的吸附湿堆肥,和地面轮胎橡胶是由弗伦德里希等温线模型好(11]。污染物间的亲密关系和吸附剂时发生 值从弗伦德里希等温线获得超过1 (8]。因此, 值为1.04时通过正确地吸附等温线模型表明,甲苯蒸汽的吸附剂。辛格et al。(2010)报告说 价值,来自弗伦德里希等温线的甲苯蒸汽移除木炭,0.73 (1]。吸附质和吸附剂之间的吸附键的强度( 获得的值)辛格et al .(2010)弱于我们的研究。哦et al。(2009)也显示 价值获得了甲苯的吸附通过湿堆肥和地面轮胎橡胶是在0.96 - -1.13的范围(11]。

表4
弗朗缪尔,dr甲苯的吸附等温线参数应用GGR上。

Dubinin-Radushkevich等温线(dr)指定类型的吸附过程是化学或物理性质(36]。dr等温线可以被描述为 在哪里 (毫克/ g)是理论的饱和吸附容量, (焦每摩尔)表示的意思是吸附能量,和 (波拉尼潜在)= 。 (焦每摩尔·K)是通用气体常数, (K)的温度。 和 决心的截距和斜率的情节吗 与 分别为(36]。

吸附过程是指定的类型 价值。 (焦每摩尔)是指由吸附能 的 价值分裂到8 - 16个焦每摩尔的范围表明,化学离子交换发生。 焦每摩尔表示物理和 焦每摩尔化学吸附过程(34]。

表4表明, 价值的甲苯吸附应用GGR等于0。1.38焦每摩尔。因此,甲苯的吸附应用GGR被确认为物理性质。

3.5。温度的影响

温度的影响的范围10 - 50°C对甲苯蒸汽的吸附应用GGR调查。方程(9)- (12)使用焓等热力学参数的确定( )、吉布斯自由能( ),熵( )[8]: 在哪里 平衡常数和吗 , , 之前是相同的定义。的 (J /摩尔·K) (焦每摩尔)的甲苯吸附计算截距和斜率的直线绘制 对 (见(12),分别8]。

温度对吸附的影响如图4展示在表和热力学参数5。根据图4,甲苯吸附量降低了增加温度。的负 在10到25°C的温度范围(表5)表明,吸附过程是自发的,可行的,但其积极价值表明,吸附不是有利的温度30 - 50°C (33]。的减少 价值通过增加温度还表示,吸附在更高的温度不适当的(37]。通常,发生物理和化学吸附 在20到40 0焦每摩尔和−−−400焦每摩尔,分别为(37]。的值 这一研究获得的证明了甲苯的吸收应用GGR是物理吸附,因为它发现了dr等温线。吸附焓的负值( )也支持,吸附过程是放热的性质(37]。甲苯吸附能力之间的比较在不同的温度下证实这个事实(图4)。甲苯的熵变到应用GGR−150.48 J /摩尔·K。的负面价值 表示减少吸附的解放甲苯在应用GGR [38]。

表5
通过应用GGR甲苯的吸附热力学参数。

图4
温度的影响的媒体对甲苯的吸附(吸附剂剂量= 0.6 g,湿度= 50%,接触时间= 12 h,和吸附浓缩的。= 6.928 mg / L)。

4所示。结论

在这项研究中,甘草glabra根(应用GGR)废物作为一种新型吸附剂的吸附甲苯蒸汽从气态介质。不同条件下的影响包括接触时间、吸附物浓度、湿度和温度对吸附进行了研究。pseudo-second-order动力学模型和弗伦德里希模型拟合吸附数据比其他动能和等温线模型,分别。dr等温线也表明,应用GGR在本质上是物理吸附。热力学分析的结果(负值 )证实了该吸附过程是放热的。这种吸附剂是浪费材料的吸附能力2.2毫克/克。相比与其他自然吸着剂(如堆肥、硅藻土和糠),应用GGR似乎是一个划算的吸着剂的去除甲苯蒸汽。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

承认

摘要部分的结果在伊斯法罕医科大学的博士论文批准(年)。作者要感谢副总理的chromium的研究金融支持,研究项目,不。390252年。