Karbon Aktif (Kesimpulan) : Adsorpsi fenol pada karbon aktif mikropori tinggi yang dibuat dari lumpur berminyak: studi kesetimbangan, kinetik, dan termodinamika

Karbon Aktif (Kesimpulan) : Adsorpsi fenol pada karbon aktif mikropori tinggi yang dibuat dari lumpur berminyak: studi kesetimbangan, kinetik, dan termodinamika

Tujuan dari penelitian ini adalah preparasi, karakterisasi dan aplikasi karbon aktif kinerja tinggi (ACs) yang berasal dari lumpur berminyak melalui aktivasi kimia oleh KOH. ACs yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan bilangan iodin, adsorpsi-desorpsi N2, spektroskopi inframerah Fourier-transform (FTIR) dan scanning electron microscopy (SEM). Karbon aktif yang disiapkan dalam kondisi optimum menunjukkan struktur mikropori yang dominan dengan luas permukaan BET 2263 m2 g−1, volume pori total 1,37 cm3 g−1 dan volume pori mikro 1,004 cm3 g−1. 

Kinetika dan data adsorpsi kesetimbangan fenol cocok dengan baik untuk model orde kedua semu (R2 = 0.99) dan isoterm Freundlich (R2 = 0.99), masing-masing. Kapasitas adsorpsi maksimum berdasarkan model Langmuir (434 mg g−1) dengan laju adsorpsi yang relatif cepat (waktu kesetimbangan 30 min) dicapai pada nilai pH optimum 6,0. Parameter termodinamika negatif dan menunjukkan bahwa adsorpsi fenol ke karbon aktif layak, spontan dan eksotermik. Desorpsi fenol dari adsorben menggunakan 0,1 M NaOH sekitar 87,8% pada siklus adsorpsi/desorpsi pertama dan tidak menurun secara signifikan setelah tiga siklus. Secara keseluruhan, karbon aktif yang disintesis dari lumpur berminyak bisa menjadi adsorben yang menjanjikan untuk menghilangkan fenol dari air yang tercemar.

Kesimpulan

Karbon aktif yang sangat mikropori dibuat dari lumpur berminyak menggunakan metode dua langkah di bawah kondisi sintesis yang berbeda. Karbon aktif optimal yang diperoleh pada suhu aktivasi 800 °C dan rasio impregnasi 2:1 (KOH:prekursor) memiliki struktur tekstur yang unik seperti, luas permukaan BET tinggi, struktur pori berkembang dengan baik dan volume mikropori dan total pori tinggi. volume. Percobaan adsorpsi fenol menunjukkan kapasitas adsorpsi maksimum 434 mg g−1. Isoterm Freundlich menunjukkan paling cocok untuk data eksperimen kesetimbangan. 

Data kinetik dipasang dengan baik ke model kinetik orde kedua semu. Karena penghilangan fenol sebagai asam lemah bergantung pada pH dan lebih baik dalam medium basa, lumpur berminyak yang berasal dari karbon aktif dengan karakteristik permukaan dasar dan struktur berpori menunjukkan adsorben yang efektif untuk pengolahan fenol dari larutan berair. Nilai negatif dari perubahan energi bebas dan perubahan entalpi menyiratkan sifat spontan dan eksotermis dari proses adsorpsi. 

Solusi 0,1 M NaOH adalah agen desorbing yang paling efektif untuk fenol teradsorpsi dari AC yang dimuat. Regenerasi AC menunjukkan bahwa sorben yang dihasilkan dapat digunakan kembali untuk menghilangkan fenol berulang kali dari larutan berair tanpa kehilangan kapasitas adsorpsi yang signifikan. Hasil pekerjaan ini menunjukkan potensi penggunaan lumpur berminyak sebagai prekursor biaya rendah untuk produksi AC dengan luas permukaan yang tinggi, porositas yang berkembang dengan baik dan sifat adsorpsi yang cukup besar. Studi lebih lanjut diperlukan untuk menilai aspek lingkungan dan ekonomi untuk menggunakan proses ini dalam skala percontohan.

Eksperimental

Semua bahan kimia yang digunakan dipasok oleh Merck Company (Jerman). Oil Refinery Sludge (ORS) dikumpulkan dari tangki penyimpanan minyak mentah di Kilang Minyak Isfahan, Iran.

Karakterisasi bahan baku

Kadar abu lumpur berminyak diukur dengan menggunakan metode ASTM D 482–48743. Elemental analyzer CHNS (Elementar Vario EL III) digunakan untuk mengukur kandungan karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), dan sulfur (S) dari lumpur berminyak.

Sintesis karbon aktif

Lumpur berminyak (100 g) awalnya dipirolisis tanpa adanya zat pengaktif dalam tungku vertikal pada suhu 500 °C, berdasarkan analisis TGA, dengan laju pemanasan 10 °C min−1 selama 1 jam, di bawah atmosfer nitrogen dengan laju aliran 250 cm3 STP min−1. Setelah itu didinginkan hingga mencapai suhu lingkungan (perlakuan termal). Pada tahap kedua (perlakuan termokimia), ACs disiapkan pada suhu aktivasi yang berbeda dan rasio impregnasi (rasio massa zat pengaktif terhadap arang yang dihasilkan). Berat tertentu arang ORS (sekitar 5 g) secara fisik dicampur dengan berat KOH yang sesuai pada rasio impregnasi yang berbeda 1:1, 2:1 dan 3:1 dalam wadah keramik selama 24 jam. 

Campuran dipanaskan pada suhu aktivasi yang berbeda 600, 700, 800 dan 900 °C di bawah aliran N2 dan laju pemanasan yang sama untuk langkah pertama. Produk yang diperoleh dicuci berturut-turut. Mereka diaduk beberapa kali dalam 1 liter air suling mendidih dan kemudian 1 liter air suling dingin diikuti oleh 1 L HCl (0,1 M) sampai pH cairan outlet hampir 7. Akhirnya, sampel dikeringkan semalaman pada suhu 60 ° C dalam oven. ACs disintesis dilambangkan sebagai CK diikuti oleh rasio impregnasi dan suhu aktivasi (misalnya CK2T700).

Karakterisasi karbon aktif yang disiapkan

Hasil karbon aktif diperkirakan menurut persamaan berikut:

Hasil (berat.%)=(Wf/Wo)×100

di mana Wf dan Wo masing-masing adalah berat kering karbon aktif yang dihasilkan dan berat kering awal lumpur berminyak terkarbonisasi. Bilangan iod diukur dengan uji standar penentuan bilangan adsorpsi iodium (ASTM D 4607-9444). Untuk menyelidiki luas permukaan spesifik, volume pori, dan diameter pori dari karbon aktif yang diperoleh, adsorpsi-desorpsi N2 pada -196 °C dilakukan dalam peralatan Micromeritics TriStar II 3020 pada tekanan sub atmosfer. Volume mikropori dihitung dengan menggunakan t-Plot volume mikropori. Sampel sebelumnya dihilangkan gasnya di bawah vakum pada 150 °C setidaknya selama 8 h. Metode Brunauer-Emmett-Teller (BET) diterapkan untuk mengukur luas permukaan total (SBET). 

Metode t-plot digunakan untuk menentukan volume mikropori, Vmic, luas permukaan mikropori (Smic), area eksternal atau non-mikropori (Sext), dan diameter mikropori rata-rata (Dmic). Struktur pori dan morfologi permukaan AC yang diperoleh dengan luas permukaan tertinggi dipelajari dengan pemindaian mikroskop elektron (SEM, Tescan, VEGA III) setelah pelapisan emas sampel. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) (Tensor 27, Brucker) digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi permukaan AC dengan porositas paling berkembang dalam kisaran bilangan gelombang 4000 hingga 400 cm−1. Sampel dicampur dengan KBr dengan perbandingan 1:20 dan dipres untuk dibuat pelet.

Penentuan pHpzc

Untuk mengukur titik muatan nol (PZC), sejumlah AC dimasukkan ke dalam larutan NaCl 0,1 mol L−1. PH larutan diatur dari 4-10 menggunakan larutan encer HCl (0,1 M) atau NaOH (0,1 M). Botol yang berisi suspensi disegel dan dikocok terus menerus selama 48 jam dan pH akhir diukur.

Tes adsorpsi fenol

Efisiensi arang ORS dan AC yang disintesis diuji sebagai adsorben untuk penyerapan fenol dari larutan berair dalam percobaan batch. Semua percobaan digandakan dengan percobaan kontrol dalam kondisi yang sama tanpa menambahkan adsorben. Percobaan awal dilakukan dengan menggunakan 1 g AC per liter yang ditambahkan ke larutan fenol (100 mg L−1) dengan pH alami dari larutan yang disiapkan dalam labu polietilen. Suspensi diaduk selama 4  jam pada 25 °C. 

Setelah penyaringan melalui filter jarum suntik 0,45 m, konsentrasi fenol dalam fase air dianalisis menggunakan spektrofotometer ultraviolet tampak (UV-VIS) (Varian, Model Cary 1E) pada panjang gelombang 270 nm. AC dengan kapasitas adsorpsi fenol tertinggi dan luas permukaan BET digunakan untuk percobaan adsorpsi batch lebih lanjut untuk mempelajari pengaruh waktu kontak (t), konsentrasi fenol awal (C0), pH awal (pH0) dan dosis adsorben (m) pada fenol penghapusan dari larutan air. Semua percobaan dijalankan dengan massa adsorben yang diketahui dalam larutan fenol 50 mL dan dikocok dalam penangas air yang bergetar (25 °C) dengan kecepatan konstan 200 rpm. Pada akhir waktu adsorpsi, isi masing-masing labu disaring dan konsentrasi fenol dalam larutan ditentukan. Kapasitas adsorpsi (qe) ditentukan oleh persamaan berikut:

qe=(C0−Ce)Vm

dimana C0 dan Ce adalah konsentrasi awal dan akhir fenol (mg L−1) dalam larutan, qe adalah kapasitas adsorpsi fenol oleh adsorben (mg fenol per g AC), m adalah massa karbon aktif (g) dan V adalah volume larutan fenol (L).

Kinetika adsorpsi dilakukan mengikuti prosedur yang sama pada suhu 25 °C dan pH alami dalam tiga konsentrasi fenol awal C0 = 50, 100 dan 200 mg L−1. Sampel dipisahkan pada jarak waktu yang telah ditentukan dan serapan fenol pada waktu t ditentukan dengan menggunakan Persamaan. 13.

qt=(C0−Ct)Vm

di mana Ct (mg L−1) adalah konsentrasi fenol cair setiap saat.

Dalam penelitian ini, data kesetimbangan adsorpsi dianalisis menggunakan empat jenis model isoterm sorpsi yaitu Langmuir, Freundlich, Temkin dan Dubinin-Radushkevich. Untuk menyelidiki isoterm adsorpsi, percobaan dilakukan dengan menambahkan jumlah adsorben yang diketahui (0,8 g L−1) ke dalam larutan fenol dengan konsentrasi awal yang berbeda dari C0 = 20–100 mg L−1 pada 25 °C dan waktu kesetimbangan.

Selanjutnya untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap adsorpsi, ditambahkan dosis adsorben 0,8 g L−1 pada setiap sampel yang mengandung 50 mL larutan fenol dengan konsentrasi awal yang berbeda yaitu 50, 100 dan 200 mg L−1. Suspensi diaduk pada 200 rpm selama 1 h dalam water bath shaker pada suhu yang berbeda dalam kisaran 25 sampai 40 °C.

Regenerasi adsorben

Untuk tujuan regenerasi adsorben, berbagai pelarut termasuk HCl, NaOH dan air panas digunakan untuk elusi fenol dari AC. AC yang diisi dengan fenol, diperoleh setelah proses adsorpsi dalam kondisi optimal, ditambahkan ke dalam 50 mL larutan eluen. Sampel dikocok (200 rpm pada 25 ± 2 °C) selama 3 jam. Kemudian efluen dianalisis untuk menentukan konsentrasi fenol terdesorbsi. Prosedur adsorpsi/desorpsi AC dengan agen penyerap terbaik diulang dalam empat siklus pada matriks yang sama untuk mempelajari reusabilitas AC. Persentase fenol yang terdesorbsi dihitung dengan persamaan berikut:

Desorpsi(%)=[qdesqads]100

qdes=CdesVW

Dimana, qdes adalah kandungan fenol terdesorbsi (mg g−1) dan Cdes (mg L−1) adalah konsentrasi fenol dalam larutan dengan volume V (L) dan W adalah berat AC (g).

LAYANAN ADY WATER

Jual karbon aktif dengan merek import: HAYCARB, JACOBI, CALGON, dan NORIT. Merek karbon aktif lokal: KARBON AKTIF ADY WATER. Kemasan karbon aktif 25 kg per karung untuk karbon import, untuk karbon lokal 25 kg per karung dan 20 kg per karung. Menyediakan karbon aktif lokal eceran kiloan, untuk import tidak eceran. Fungsi karbon aktif untuk filter air bersih, filter air minum, filter air aquarium, filter air kolam, filter air proses industri, filter air lingkungan, dekolorisasi, gula rafinasi, pemulihan emas (gold recovery), menghilangkan klorin, bau pada air, dll.

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater