Czasopismo Inżynieria i Ochrona Środowiska

ISSN 1505-3695

Kolegium Redakcyjne

Strona czasopisma w trakcie migracji pod NOWYM ADRESEM

UWAGA ! Preferujemy artykuły w języku angielskim.

Drodzy Czytelnicy i Autorzy

Seria wydawnicza "Inżynieria i Ochrona Środowiska" stanowi czasopismo naukowe, w którym są zamieszczane prace naukowe i opracowania techniczne obejmujące szeroko rozumianą inżynierię i ochronę środowiska. Inicjatywa powołania czasopisma powstała w lutym 1997r. w Ustroniu na spotkaniu dziekanów wydziałów politechnik prowadzących kierunki studiów inżynieria środowiska i ochrona środowiska. W 2001r Komitet Inżynierii Środowiska PAN objął swoim patronatem wydawanie naszego czasopisma. 

Mamy nadzieję, że "Inżynieria i Ochrona Środowiska" zyskała już wielu Czytelników. Jak wiadomo jest ona adresowana przede wszystkim do środowisk naukowych, technicznych i przemysłowych, zainteresowanych problematyką publikowanych artykułów. Nie mniej jednak swą ofertę wydawniczą kierujemy zarówno do teoretyków, jak i praktyków, a także do wszystkich osób pasjonujących się inżynierią i ochroną środowiska. Zainteresowanych zapraszamy do współpracy.

 

Tom 19, Numer 2

1. Otrzymywanie i badanie właściwości adsorpcyjnych mikroporowatych kul węglowych
Preparation and Studies of Adsorption Properties of Microporous Carbon Spheres
Jerzy CHOMA 1 , Marcin KLOSKE 1 , Aleksandra DZIURA 1 , Kamila STACHURSKA 1 Mietek JARONIEC 2
Strony: 169-182, Pobierz w wersji .PDF

Wykorzystując zmodyfikowaną metodę Stöbera, otrzymano, w jednoetapowym procesie karbonizacji z równoczesną aktywacją, wysoce mikroporowate kule węglowe. Rezorcyny i formaldehydu używano jako prekursorów węglowych, szczawianu potasu jako czynnika aktywującego i wody amoniakalnej jako katalizatora. Otrzymane kuliste żywice fenolowe zawierające sól potasową poddawano równocześnie jednoetapowej karbonizacji i aktywacji w temperaturze 600°C w ciągu 4 godzin w atmosferze przepływającego azotu. Natomiast nieaktywowane kule węglowe (bez szczawianu potasu) poddawano procesowi karbonizacji w temperaturze 600°C w ciągu 2 godzin w atmosferze przepływającego azotu. Karbonizacji połączonej z aktywacją kul polimerowych towarzyszyło znaczne rozwinięcie struktury mikroporowatej w porównaniu z kulami otrzymanymi bez soli potasowej. W przypadku aktywowanych kul nastąpił około dwukrotny wzrost powierzchni właściwej, całkowitej objętości porów i objętości mikroporów. Otrzymane kule węglowe charakteryzowały się powierzchnią właściwą równą 1490 m 2 g ‒1 , całkowitą objętością porów 0,74 cm 3 g ‒1 , objętością ultramikroporów 0,38 cm 3 g ‒1 oraz objętością mikroporów 0,61 cm 3 g ‒1 . Tak do- brze rozwinięta mikroporowatość, ze szczególnym uwzględnieniem ultramikroporowatości (dotyczącej porów o wymiarach mniejszych od 1,0 nm), miała istotny wpływ na adsorpcję CO 2 . Aktywowane kule adsorbowały CO 2 w ilości 7,67 mmol g ‒1 w temperaturze 0°C pod ciśnieniem 1 atm. Kule te charakteryzowały się również dużą pojemnością roboczą względem CO 2 równą 4,23 mmol g ‒1 , obliczoną jako różnica adsorpcji CO 2 w temperaturze 30°C pod ciśnieniem 1 atm i w temperaturze 60°C pod ciśnieniem 0,0013 atm. Pokazano też funkcje rozkładu objętości porów obliczone metodą z teorii funkcjonału gęstości dla niejed- norodnych powierzchni 2D-NLDFT na podstawie adsorpcji N 2 w temperaturze ‒196°C i CO 2 w temperaturze 0°C. Funkcje te potwierdziły znaczące rozwinięcie struktury mikroporo- watej aktywowanych kul węglowych. Wykorzystując doświadczalne izotermy adsorpcji CO 2 w przedziale temperatur od 0 do 60°C, wyznaczono zależność izosterycznego ciepła adsorp- cji. Dla aktywowanych kul węglowych ciepło to zmieniało się w przedziale od ok. 40 do ok. 25 kJ mol ‒1 . W tych badaniach pokazano, że równoczesna karbonizacja i aktywacja kul żywicy fenolowej daje kule węglowe o bardzo dobrze rozwiniętej mikroporowatości, od- powiednie do adsorpcji CO 2 .

The modified Stöber method involving a one-step simultaneous calcination and activa- tion was used to obtain highly microporous carbon spheres. Resorcinol and formaldehyde were used as carbon precursors, potassium oxalate was employed as an activating agent and carbon source, and ammonia was used as a polymerization catalyst. The resulting spherical phenolic resins containing potassium salt were subjected to simultaneous carbonization and activation at 600°C for 4 hours in flowing nitrogen. However, non-activated carbon spheres (without potassium oxalate) were carbonized at 600°C for 2 hours in flowing nitrogen. The simultaneous carbonization and activation of polymeric spheres afforded carbon spheres with much higher microporosity than that in the spheres obtained without potassium salt. In the case of activated spheres each the specific surface area, the total pore volume and the micropore volume increased about twice. The obtained carbon spheres featured the specific surface area of 1490 m 2 g ‒1 , total pore volume of 0.74 cm 3 g ‒1 , the ultramicropore volume of 0.38 cm 3 g ‒1 and the micropore volume of 0.61 cm 3 g ‒1 . A well-developed microporosity, in particular ultramicroporosity (pores of sizes below 1.0 nm), has an essential influence of adsorption of CO 2 . The activated spheres adsorbed 7.67 mmol g ‒1 at 0°C and 1 atm. These spheres featured also high working capacity with respect to CO 2 equal 4.23 mmol g ‒1 esti- mated as the difference between the gas uptake at 30°C and 1 atm and the gas uptake at 60°C and 0.0013 atm. The pore size distributions calculated from nitrogen adsorption iso- therms at ‒196°C and from CO 2 adsorption isotherms at 0°C by using the density functional theory for heterogeneous surfaces, 2D-NLDFT, are also shown. These distributions con- firmed a significant development of microporosity in the activated carbon spheres. Also, the isosteric heat of CO 2 adsorption was calculated by using CO 2 adsorption isotherms measured in the temperature range from 0 to 60°C. The isosteric heat of adsorption on activated car- bon spheres varies from 40 kJ mol ‒1 to about 25 kJ mol ‒1 . This study shows that a simultane- ous carbonization and activation of phenolic resin spheres affords carbon spheres with high microporosity suitable for CO 2 capture at ambient conditions.

2. Węgle aktywne z pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej do usuwania ditlenku azotu
Activated Carbons from Residue after Supercritical Extraction for Removal of Nitrogen Dioxide
Aleksandra BAZAN, Piotr NOWICKI, Robert PIETRZAK
Strony: 183-193, Pobierz w wersji .PDF

W pracy przedstawiono wyniki badań, których celem było otrzymanie węgli aktywnych na drodze aktywacji fizycznej pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej szyszek chmielu oraz nagietka. Surowce roślinne pozyskano z Instytutu Nowych Syntez Chemicznych w Puławach. Materiały wyjściowe poddano w pierwszej kolejności procesowi karbonizacji w tempera- turze 500oC w atmosferze azotu. Otrzymane karbonizaty poddano następnie aktywacji fizycznej za pomocą ditlenku węgla w 700 i 800oC. Zbadano wpływ temperatury aktywacji na właściwości fizykochemiczne otrzymanych węgli aktywnych. Materiały węglowe scharak- teryzowano za pomocą niskotemperaturowej adsorpcji/desorpcji azotu oraz oznaczono zawartość powierzchniowych tlenowych grup funkcyjnych o charakterze kwasowym i zasa- dowym. Dla karbonizatów i węgli aktywnych przeprowadzono pomiary adsorpcji ditlenku azotu. Na podstawie badań stwierdzono, że produkty finalne charakteryzują się słabo rozwiniętą powierzchnią właściwą, mieszczącą się w przedziale od 2 do 413 m 2 /g, oraz wyraźnie zasadowym charakterem powierzchni. Wykazano, że temperatura aktywacji oraz obecność pary wodnej podczas adsorpcji NO 2 ze strumienia powietrza mają znaczący wpływ na zdolności sorpcyjne węgli aktywnych. Najwyższa pojemność sorpcyjna w warunkach wilgotnych wynosiła 72,1 mg/g ads , natomiast w warunkach suchych 38,7 mg/g ads . Uzyskane wyniki wykazały ponadto, iż niezbędna jest optymalizacja procesu wytwarzania adsor- bentów, obejmująca dobór odpowiednich parametrów aktywacji oraz czynników aktywujących, w celu otrzymania węgli aktywnych o bardziej korzystnych parametrach teksturalnych.

The aim of this study was to obtain activated carbons by physical activation of the waste left after supercritical extraction of marigold and hops, provided by the Institute of New Chemical Syntheses in Puławy (Poland). The precursors were first subjected to carbonisa- tion at 500oC in nitrogen atmosphere. The chars were next subjected to physical activation at 700 and 800oC in carbon dioxide atmosphere. The effect of activation temperature on the physicochemical properties of the adsorbents prepared has been tested. The carbonaceous materials were characterised by low-temperature nitrogen sorption as well as determination of the number of surface oxygen groups. The sorption properties of the chars and activated carbons obtained were characterised by nitrogen dioxide adsorption. The results have shown that activated carbons are characterised by low developed surface area varying from 2 to 413 m 2 /g and show alkaline character of the surface. It has been proved that appropriate choice of the activation parameters and the presence of steam have a positive effect on adsorption of nitrogen dioxide by activated carbons obtained. The highest sorption capacity toward nitrogen dioxide in wet conditions was 72.1 mg/g ads , while in dry conditions it was 38.7 mg/g ads . The results have also shown that future research should be aimed at the opti- mum choice of the temperature of activation or activating agent in order to significantly im- prove the textural parameters of the activated carbons.

3. Węgle aktywne z tworzywa mocznikowo-formaldehydowego: synteza i badanie właściwości adsorpcyjnych
Activated Carbons Based on Urea-formaldehyde Resin: Synthesis and Adsorption Properties
Aleksandra DZIURA 1 , Łukasz OSUCHOWSKI 2 , Barbara SZCZĘŚNIAK 1
Strony: 195-204, Pobierz w wersji .PDF

W pracy opisano proces otrzymania porowatych węgli w wyniku jednoetapowej karbo- nizacji i aktywacji. Jako prekursor węglowy zastosowano zsyntezowaną żywicę mocznikowo- -formaldehydową, natomiast jako aktywatora użyto cytrynianu potasu. W procesie otrzymywania zastosowano cytrynian potasu w proporcjach 4:1, 5:1 i 6:1 w stosunku do prekursora polimerowego. Proces prowadzono w trzech różnych temperaturach 600, 700 i 800°C. Otrzymane węgle charakteryzowały się powierzchnią właściwą w przedziale 600÷2560 m 2 /g, całkowitą objętością porów w przedziale 0,35÷1,50 cm 3 /g, objętością ultra- mikroporów w przedziale 0,17÷0,62 cm 3 /g oraz objętością mikroporów wraz z małymi mezo- porami w przedziale 0,23÷0,91 cm 3 /g. Bardzo dobrze rozwinięta struktura mikroporowata otrzymanych węgli aktywnych spowodowała, że w znacznych ilościach adsorbowały one dwutlenek węgla, wodór i benzen. Najlepszy z węgli adsorbował CO 2 w ilościach 6,8 mmol/g (0°C, 800 mmHg) i 3,69 mmol/g (25°C, 800 mmHg), w ilości 20,8 mg/g (‒196°C, 800 mmHg) oraz C 6 H 6 w ilości 1,2 mmol/g (20°C, p/p 0 ~1,0). Łatwy sposób otrzymywania i możliwość kontroli struktury porowatej powodują, że otrzymane węgle mogą być z powodzeniem stosowane jako adsorbenty do magazynowania CO 2 i H 2 .

In this work the synthesis of porous carbon through one-step process of carbonization and activation was described. As a carbon precursor synthetized urea-formaldehyde resin was used. The activator in the process was potassium citrate. Its effectiveness has been tested at three weight ratios from 4:1, 5:1 to 6:1 w/w activator to precursor at three different tem- peratures. The resulting activated carbons had specific surface area in the range of 600÷2560 m 2 /g, total pore volume in the range of 0.35÷1.50 cm 3 /g, volume of small micropores in the range 0.17÷0.62 cm 3 /g, and volume of micropores and small mesopores in the range 0.23÷0.91 cm 3 /g. The resulting carbons showed good adsorption properties toward carbon dioxide and benzene. The best uptakes for these adsorptives were 6.8 mmol·g −1 of CO 2 at 0°C and 800 mmHg, 3.69 mmol·g −1 of CO 2 at 25°C and 800 mmHg, 20.8 mg/g H 2 at −196°C and 800 mmHg, and 16.2 mmol·g −1 of C 6 H 6 at 20°C and saturation pressure. The excellent adsorption properties of the prepared carbons render them as potential adsorbents in CO 2 and H 2 capture and storage, and VOCs adsorption/separation.

4. Wysokoazotowe chitynowe materiały węglowe
Nitrogen-doped Chitin Carbon Materials
Anna ILNICKA, Jerzy P. ŁUKASZEWICZ
Strony: 205-215, Pobierz w wersji .PDF

Otrzymywanie nowych wysokoazotowych materiałów węglowych cieszy się coraz większym zainteresowaniem, o czym świadczą liczne prace pojawiające się na przestrzeni ostatnich lat. Zainteresowanie tą grupą materiałów wynika z szerokiego pola ich zastosowań, m.in. w adsorpcji CO 2 lub w urządzeniach elektrochemicznych. Występowanie określonych grup funkcyjnych na powierzchni wysokoazotowych materiałów węglowych determinuje pole ich zastosowań. Nowe materiały węglowe zostały otrzymane poprzez zaproponowaną metodę aktywacji chemicznej, w której chityna i Na 2 CO 3 były odpowiednio wykorzystane jako prekursor węglowy i czynnik aktywujący. Ponadto kilka próbek zsyntetyzowano z do- datkiem mocznika. Własności teksturalne i chemiczne porowatych węgli mogą być łatwo sterowane przez zmianę stosunku Na 2 CO 3 /chityna i temperatury aktywacji. Mikrostruktura i skład zostały gruntownie zbadane poprzez analizę elementarną, izotermy sorpcji azotu, rentgenowską spektroskopię oraz skaningową mikroskopię elektronową. Uzyskane węgle wykazują wysoko rozwiniętą porowatość i różne ilości azotu, zależne od warunków pro- wadzonego procesu. Stwierdzono, że temperatura pirolizy ma znaczący wpływ na strukturę porów, skład pierwiastkowy i konfigurację chemiczną. Temperatura pirolizy od 600 do 900°C wpływa na powierzchnię właściwą i zawartość azotu w węglu aktywowanym. Mikro- pory stanowią dominującą formę w całkowitej objętości porów. Ze względu na dużą objętość porów, dobrze określoną mikroporowatość i wysoką zawartość azotu (9,87% wag.) te poro- wate węgle mogą być przykładowo stosowane jako materiał elektrodowy w reakcji redukcji tlenu.

The large-scale practical application of fuel cells will be difficult to realize if the expen- sive platinum-based electrocatalysts for oxygen reduction reactions (ORRs) cannot be replaced by other efficient, low-cost, and stable electrodes. This paper concerns nitrogen- containing carbon materials which can act as a metal-free potential new electrode material. Nitrogen-doped microporous carbons were fabricated by an original simple chemical activation method in which chitin and Na 2 CO 3 were employed as the carbon precursor and activation agent, respectively. In addition, a couple of samples were synthesized with urea. The textural and chemical properties of the porous carbons could be easily controlled by changing the Na 2 CO 3 /chitin ratio and activation temperature. The microstructure and com- position were extensively investigated by the elemental analysis, low temperature nitrogen sorption, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy. The resulting carbons show well-developed porosity and different amounts of nitrogen, depending on preparation conditions. It is found that the pyrolysis temperature yielded a considerable effect on the pore structure, elemental composition, and chemical configuration. Microporosity was the main contributor to the total pore volume for all carbons. Due to high pore volume, well-suited porosity and high nitrogen content (9.87 wt.%), these porous carbons may be applied as electrode material for oxygen reduction reaction. The presented exceptional features such as simple and convenient preparation procedure, easily obtained raw materials (chitin), and low cost, makes that new nitrogen-doped activated carbons are promising materials for microbial fuel cells.

5. Adsorpcja fenoli z roztworów wodnych na pylistych węglach aktywnych
Adsorption of Phenols from Aqueous Solutions on Powdered Activated Carbons
Lidia DĄBEK 1 , Krzysztof KUŚMIEREK 2 , Andrzej ŚWIĄTKOWSKI 2
Strony: 217-226, Pobierz w wersji .PDF

W pracy porównano właściwości adsorpcyjne dwóch pylistych węgli aktywnych (L2S i SX2) o zbliżonych właściwościach fizykochemicznych jako adsorbentów do usuwania feno- lu i 4-krezolu z roztworów wodnych. Zbadano kinetykę adsorpcji, adsorpcję w warunkach równowagowych oraz wpływ pH roztworu. Adsorpcja obydwu adsorbatów przebiegała zgodnie z modelem kinetycznym pseudo 2. rzędu, a w warunkach równowagowych była do- brze opisana równaniem izotermy Langmuira. W każdym przypadku 4-krezol adsorbował się szybciej i z większą wydajnością niż fenol. Różnice w pojemnościach adsorpcyjnych poszczególnych pylistych węgli aktywnych były niewielkie. Adsorpcja utrzymywała się na stałym poziomie w środowisku o pH od 2 do 8, jej znaczny spadek był obserwowany w wysokich wartościach pH (> 8), powyżej wartości pK a adsorbatów i pH PZC adsorbentów.

The adsorption process by solid adsorbents is one of the most efficient methods for the removal of organic pollutants from water. Adsorption is attractive for its relative flexibility and simplicity of design, low cost, ease of operation and regeneration. Activated carbons are now the most commonly used adsorbents of proven adsorption efficiency for organic com- pounds due to their physicochemical properties including specific surface area, pore volume, pore size distribution and surface chemistry. For water treatment on a commercial scale granular activated carbon is most commonly used. In this paper the adsorption of phenol (Ph) and 4-cresol (4K) from aqueous solutions on powdered activated carbons (PAC) was studied. As adsorbents, two activated carbons L2S and SX2 with similar physicochemical properties were used. The adsorption was studied in a batch adsorption system, including both kinetics and equilibrium. The kinetics was fitted with the pseudo-first order and pseu- do-second order models. The adsorption kinetics was found to follow the pseudo-second order model with the coefficient of determination values greater than 0.99. The adsorption isotherms were determined and modeled with the Freundlich and Langmuir equations. The equilibrium data obtained for both adsorbates were better described by the Langmuir model than by the Freundlich isotherm model. It was found that the 4K was adsorbed better than Ph on both adsorbents. The adsorption capacities of the L2S and SX2 activated carbons towards phenols were comparable. The values of the Langmuir adsorption capacity q m for phenol were 1.634 and 1.591 mmol/dm 3 for the L2S and SX2 activated carbons, respectively. The q m values for 4-cresol were 1.885 and 1.844 mmol/dm 3 for the L2S and SX2, respective- ly. The influence of solution pH on the adsorption was also investigated. The adsorption of the Ph and 4K was almost constant from the pH 2 to 8, and decreased significantly with fur- ther increase in the pH (above the pK a of the adsorbates and pH PZC of the adsorbents).

6. Adsorpcja czerwieni kwasowej 114 i fuksyny zasadowej z roztworów wodnych na mezoporowatych materiałach węglowych
Adsorption of Acid Red 114 and Basic Fuchsin from Aqueous Solutions on Mesoporous Carbon Materials
Katarzyna JEDYNAK, Marta REPELEWICZ
Strony: 227-239, Pobierz w wersji .PDF

Celem pracy było zbadanie kinetyki adsorpcji oraz wyznaczanie izoterm adsorpcji czer- wieni kwasowej 114 i fuksyny zasadowej z roztworów wodnych na zsyntezowanych metodą miękkiego odwzorowania mezoporowatych materiałach węglowych C-KS oraz C-KC. W trzech przypadkach kinetyka adsorpcji przebiegała zgodnie z modelem pseudo II - rzędu: C-KC (czerwień kwasowa 114) oraz C-KS (czerwień kwasowa 114 i fuksyna zasadowa), w jednym zgodnie z modelem pseudo I - rzędu: C-KC (fuksyna zasadowa). Równowaga adsorpcyjna ustaliła się we wszystkich badanych przypadkach po 8 h. Adsorpcja w warun- kach równowagowych została opisana za pomocą równań Langmuira i Freundlicha. W trzech przypadkach adsorpcja barwników zachodziła zgodnie z modelem Langmuira, w jednym opisana została przez równanie Freundlicha - C-KC (czerwień kwasowa 114).

In this work the adsorption of basic fuchsin and acidic red on mesoporous carbon materials C-KS and C-KC was examined. Carbon materials were obtained applying soft- templating method in environment of hydrochloric acid and citric acid. For examined adsorbents low-temperature nitrogen adsorption isotherms were determined, used next for porous structure parameters calculations. Obtained isotherms can be categorized as IV type according to IUPAC classification. Studied adsorbents have large surface area S BET : 650 m 2 /g (C-KS) and 760 m 2 /g (C-KC); large total pore volume V t : 0.59 cm 3 /g (C-KC) and 0.89 cm 3 /g (C-KS). Mesopores participation in total porosity of examined carbons is 83% for C-KS and 71% for C-KC. This confirms that examined carbons are mesoporous materials with significant advantage of mesoporosity over microporosity. Mesopores dimension, for maximum of distribution function (in the mesopores range) were estimated using Kruk- Jaroniec-Sayari (KJS) method. Mesopores dimension for C-KC carbon is 6 nm and for C-KS carbon is 8.7 nm. Adsorbates concentrations, before and after adsorption, were estimated using spectrophotometric method. Adsorption studies were carried out at 25°C. The adsorp- tion equilibrium for studied mesoporous systems: carbon material - dye solution, was achieved after 8 hours. Studies of the adsorption process kinetics showed that in three cases adsorption kinetics proceeded in compliance with model of apparent II order of reaction: C-KC (acidic red 114) and C-KS (basic fuchsin and acidic red 114). In one case adsorption kinetics proceeded in compliance with model of apparent I order of reaction: C-KC (basic fuchsin). Obtained adsorption isotherms were applied to Langmuir and Freundlich equa- tions. Adsorption process of fuchsin on both examined carbons and adsorption of acidic red on C-KC carbon was carried out in agreement with adsorption model described by Lang- muir equation. However, acidic red adsorption on C-KC carbon is better described by Freundlich adsorption model. Adsorption abilities, of examined mesoporous carbon materi- als, are significantly higher in relation to fuchsin than to acidic red 114; e.g. for C-KS adsor- bent, it is 1.289 mg/g (acidic red 114) and 10.661 mg/g (fuchsin). Applying K constant value from Langmuir equation, free enthalpy ∆G was calculated. Obtained values change in range of –25 to –34 kJ/mol. Negative values of ∆G show that studied adsorption process is spontaneous.

7. Wykorzystanie promieniowania mikrofalowego w preparatyce adsorbentów węglowych
The Use of Microwave Radiation in Preparation of the Carbonaceous Adsorbents
Justyna KAŹMIERCZAK-RAŹNA, Piotr NOWICKI, Robert PIETRZAK
Strony: 241-253, Pobierz w wersji .PDF

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących wytwarzania węgli aktywnych z niskiej jakości siana oraz oceny ich przydatności do usuwania zanieczyszczeń gazowych o charakterze kwasowym. Materiał wyjściowy poddano w pierwszej kolejności procesowi pi- rolizy w temperaturze 400oC, a następnie aktywacji za pomocą tlenku węgla(IV), z wyko- rzystaniem ogrzewania mikrofalowego. Zbadano wpływ czasu i temperatury aktywacji na skład elementarny, parametry teksturalne i charakter chemiczny powierzchni otrzymanych adsorbentów węglowych oraz ich zdolności sorpcyjne wobec siarkowodoru i tlenku azo- tu(IV). W wyniku aktywacji otrzymano serię adsorbentów węglowych o dość słabo rozwinię- tej strukturze porowatej (powierzchnia właściwa rzędu 218÷325 m 2 /g, objętość całkowita po- rów od 0,16 do 0,22 cm 3 /g), cechujących się wyraźnie zasadowym charakterem powierzchni. Przeprowadzone testy adsorpcyjne wykazały, że otrzymane węgle aktywne wykazują dość zróżnicowane zdolności sorpcyjne wobec siarkowodoru i tlenku azotu(IV), które w znacz- nym stopniu zależą od warunków prowadzenia adsorpcji, jak również temperatury i czasu aktywacji. Dla każdego z badanych węgli aktywnych znacznie wyższe pojemności sorpcyjne uzyskano podczas adsorpcji w warunkach wilgotnych, gdy przez złoże adsorbentu była przepuszczana mieszanina H 2 S lub NO 2 i powietrza o wilgotności 70%. Wyniki uzyskane w trakcie badań pozwalają przypuszczać, że po odpowiedniej optymalizacji procesu wytwa- rzania aktywacja fizyczna z wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego może stanowić ciekawą alternatywę dla obecnie stosowanego w produkcji przemysłowej węgli aktywnych ogrzewania konwencjonalnego.

Activated carbons from low quality hay were obtained with the use of microwave heat- ing and applied as adsorbents of gaseous pollutants of acidic character. The precursor was subjected to pyrolysis at 400oC in nitrogen atmosphere and next to physical activation with CO 2 at 500÷700oC. The influence of process variables such as the temperature and activation time on elemental composition, textural parameters, chemical character of the surface and sorption properties of the products obtained was studied. The sorption properties of the activated carbons obtained were characterized by determination of hydrogen sulphide and nitrogen dioxide adsorption from the flux of gases, in dry and wet conditions. Depending on the procedure of activation, the final products were microporous carbons of rather low sur- face area ranging from 218 to 325 m 2 /g and pore volume from 0.16 to 0.22 cm 3 /g, showing clearly basic character of the surface. The results obtained in our study have proved that by activation of biodegradable waste materials it is possible to produce carbonaceous adsor- bents with relatively high sorption ability toward toxic gases, reaching to 20.9 and 46.8 mg/g for hydrogen sulfide and nitrogen dioxide, respectively. The results have also showed that effectiveness of H 2 S and NO 2 removal from the flux of gases depends on a large extent on the temperature and time of activation as well as adsorption conditions. All materials under investigation showed higher sorption capacity towards both gases in wet conditions, when steam was present in the gas stream. The results obtained in our study have also proved that after a suitable optimization of carbonaceous sorbents production procedure, activation with the use of microwave radiation may be a cheaper and faster alternative for conventional heating applied nowadays.

8. Wpływ chemii powierzchni węgli aktywnych na adsorpcję kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego
The Influence of Surface Chemistry of the Activated Carbons on the Adsorption of 2,4-dichlorophenoxyacetic Acid
Krzysztof KUŚMIEREK, Andrzej ŚWIĄTKOWSKI
Strony: 255-263, Pobierz w wersji .PDF

Celem pracy było zbadanie wpływu chemii powierzchni węgli aktywnych na adsorpcję kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego (2,4-D) z wody. Adsorpcję prowadzono na węglu NoritR3-ex o niemodyfikowanej powierzchni (AC-NM), na węglu utlenionym stężonym kwasem azotowym(V) (AC-HNO 3 ) oraz węglu wygrzewanym w amoniaku w temperaturze 900°C (AC-NH 3 ). Do opisu adsorpcji zastosowano równania Freundlicha, Langmuira i Langmuira- -Freundlicha. Pojemność adsorpcyjna badanych węgli wzrastała w kolejności AC-HNO 3 < < AC-NM

The aim of this study was to investigate the effect of surface chemistry of the activated carbons on the adsorption of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). The 2,4-D was adsorbed on non-modified Norit R3-ex activated carbon (AC-NM) as well as on activated carbons modified by oxidation with concentrated nitric acid (AC-HNO 3 ) and by heat treat- ment in ammonia at 900°C (AC-NH 3 ). Adsorption isotherms of the 2,4-D on the activated carbons were analyzed using the Freundlich, Langmuir and Langmuir-Freundlich models. The Langmuir equation was slightly better fitted to the experimental data with the correla- tion coefficients better than 0.99. The values of the Langmuir maximum adsorption capacity (q m ) were 2.945, 2.740 and 3.297 mmol/g for the AC-NM, AC-HNO 3 and AC-NH 3 activated carbons, respectively. The adsorption capacity of the activated carbons increased in the order: AC-HNO 3 < AC-NM < AC-NH 3 . The best adsorbent was activated carbon with basic properties, while the worst adsorption properties were observed for the activated carbon with acidic properties. The acid treatment of activated carbon produced a large number of oxygen-containing functional groups on the carbon surface as it increases its acidic property and, in consequence, reduces the adsorption of the 2,4-D. The treatment of activated carbon with ammonia at high temperature leads to the formation of nitrogen-containing groups. The basic properties of the carbon surface enhance the interaction between activated carbon and acid molecules (dipole-dipole, H-bonding, covalent bonding) causing the increased ad- sorption of the 2,4-D from water. The effect of pH on the adsorption of 2,4-D onto activated carbons was also studied. The adsorption of the 2,4-D was almost constant at the pH range of 2.0-2.6 and decreased with the further increasing in the pH. The solution pH determines the adsorbent charge and the protonation or dissociation of the adsorbate. The pK a of 2,4-D is 2.8, and at a pH greater than the pK a value, the herbicide existed predominantly in anionic forms. As the pH increased, the degree of dissociation of 2,4-D increased, thereby making it more negatively charged. The values of the point of zero charge (pH PZC ) were 6.10, 3.35 and 7.85 for the AC-NM, AC-HNO 3 and AC-NH 3 activated carbons, respectively. At pH of less than the pH PZC , the surface of the carbon had a net positive charge; at a pH greater than pH PZC , the surface had a net negative charge. The large reduction in the 2,4-dichlorophenoxyacetic acid adsorption at highly basic conditions can be attributed to the electrostatic repulsion between the negatively charged activated carbons and the dissociated 2,4-D molecules. The experimental results demonstrate that the surface chemis- try of the activated carbons affects significantly the adsorption of the 2,4-D and should be taken into account when choosing an adsorbent for the removal of the herbicide from water.

9. Rozwój technologii oczyszczania wody z użyciem pylistego węgla aktywnego w Polsce
Development of the Technology of the Water Purification with Applying the Powdered Activated Carbon in Poland
Krzysztof WILMAŃSKI
Strony: 265-275, Pobierz w wersji .PDF

W pracy omówiono efekty stosowania pylistego węgla aktywnego w kilku dużych stacjach uzdatniania wody w Polsce. Pokazano wyniki uzyskiwane w trakcie badań techno- logicznych wykonywanych w skali pilotowej i technicznej. Przedstawiono również aspekty techniczne tego procesu. Zwrócono uwagę na możliwość dawkowania węgla aktywnego do wody kierowanej na filtry pośpieszne. Wprowadzano rozwiązania techniczne i techno- logiczne, które zapewniły optymalne wykorzystanie węgla aktywnego.

The effects of applying powdered activated carbon in a few big water treatment plants in Poland were described in the paper. The results obtained in the course of technological examinations made in the pilot and technical scale were shown. Technical aspects of this process were also described. Attention was paid to the possibility of the dosage of the activated carbon to water directed to rapid filters. Implementation of the technical and technological solutions which provided the optimal use of the activated carbon were discussed.

10. Węglowe kropki kwantowe jako potencjalne nośniki leków
Carbon Quantum Dots as Potential Drug Carriers
Marek WIŚNIEWSKI 1,2 , Katarzyna ROSZEK 3 , Joanna CZARNECKA 3 , Paulina BOLIBOK 1
Strony: 277-288, Pobierz w wersji .PDF

Nanomateriały, w szczególności węglowe, cieszą się ostatnio coraz większym zaintereso- waniem ze względu na możliwości ich bezpośredniego zastosowania w różnych dziedzinach nauki i przemysłu. Nanocząstki te mają unikalne właściwości, które można wykorzystać w biomedycynie do obrazowania i diagnostyki. Duże nadzieje wiąże się z wykorzystaniem innowacyjnych nanomateriałów jako nośników leków. Wysoki potencjał dla zastosowań biomedycznych posiadają węglowe kropki kwantowe (CQD - carbon quantum dots). W po- równaniu z kontrowersyjnymi nanorurkami toksyczność CQD jest znikoma, a niewielkie rozmiary umożliwiają przenikanie przez barierę błony komórkowej. Charakter chemiczny i stopień grafityzacji powierzchni są podstawowymi parametrami definiującymi ich biokom- patybilność. Udowodniono wielokrotnie w literaturze, że amorficzne węglowe kropki kwan- towe są bardziej biozgodne niż grafityzowane. Unikalną cechą kropek kwantowych, wyko- rzystywaną przede wszystkim w diagnostyce, jest zdolność do fluorescencji. Cecha ta pozwala na śledzenie dystrybucji kropek kwantowych w komórkach lub nawet w całym organizmie. Przyłączenie związku terapeutycznego do powierzchni materiału pozwala rów- nież śledzić drogę leku oraz ułatwia jego internalizację. Do tej pory w literaturze większość uwagi skupiano wokół leków (głównie przeciwnowotworowych) immobilizowanych na „nie- węglowych” kropkach kwantowych syntetyzowanych jako sole metali ciężkich. Podstawową wadą tych materiałów jest jednak ich toksyczność i brak możliwości biodegradowalności. Dlatego lepszym rozwiązaniem są amorficzne, biokompatybilne, biodegradowalne CQD. Obiecująca wydaje się perspektywa ich teranostycznego zastosowania.

Recently, nanomaterials, especially carbonaceous, are gaining more and more attention due to the possibility of their direct use in various fields of science and industry. These nanoparticles possess unique properties that can be used in biomedical imaging and diagnos- tics. Great expectations are connected with using innovative nanomaterials as drug carriers. Carbon quantum dots (CQD) have high potential for biomedical applications. Compared with the controversial nanotubes, the toxicity of CQD is negligible and their small size allows for the penetration of the cell membrane barrier. The chemical nature and degree of surface graphitization are the basic parameters that define their biocompatibility. It has been proved repeatedly in the literature that the amorphous carbon quantum dots are more bio- compatible than graphitic ones. A unique feature of quantum dots, used primarily in the diagnostics, is the ability to fluorescence. This feature allows to follow the distribution of quantum dots in the cells or even the whole body. Thus, connection of a therapeutic com- pound to the surface of the material also allows to track the path of the drug and moreover, facilitates its internalization. To date, most of the attention in the literature has been focused on drugs (mostly anti-cancer) immobilized on "inorganic" quantum dots, which are synthe- sized as heavy metal salts. The main drawback of these materials, however, are their toxicity and non-biodegradability. Therefore, the use of amorphous, biocompatible, biodegradable CQD seems to be a better solution. Also, their theranostic application has become the prom- ising perspective.