Adsorption of phenol on activated carbon obtained from date palm branches

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Phenols are one of the main organic components present in the effluents of many industrial enterprises. However, the discharge of wastewater containing phenol is a priority due to its high toxicity to humans and animals, even at low concentrations. Activated carbon (AC) adsorption, which is one of the advanced purification processes, is widely used to purify water pollutants and the production of activated carbon from several carbon by-products of agriculture was also reported. In this regard, the purpose of this research was to study the adsorption of phenol on activated carbon based on date palm branches (DPB-AC) as a low-cost adsorbent.Materials and methods. DPB was used as a raw material for the production of AC by chemical activation of H3PO4. Adsorption experiments were carried out in batches. The kinetics and isotherms of adsorption were also investigated.Results. DPB-AC was obtained by chemical activation of date palm branches using H3PO4 (600 ℃, 60 min), and the specimen was designated as (DPB-AC-H3PO4). The results showed an AC yield of 52.7 %. The maximum efficiency of phenol adsorption was achieved at pH 7. In addition, phenol adsorption was well described by the kinetics of the pseudo second order with K2 = 0.0503 g/(mg·min). The phenol adsorption isotherm model followed the Langmuir model, where R2 was 0.9215 and KL = 0.0161 l/mg at 180-equilibrium time. The maximum adsorption capacity of phenol was 77.52 mg/g (mg of phenol absorbed/g of DPB-AC-H3PO4), which is a high value compared to many other results presented in the literature.Conclusions. In general, the results indicate that AC obtained from date palm branches can be a promising material for wastewater treatment, as well as an effective means to solve environmental pollution problems.

About the authors

Sameh Abdel'fattakh Arabi Ahmed

Aswan University; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: Sameh.araby@aswu.edu.eg
ORCID iD: 0000-0003-2845-2749

E. S. Gogina

Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting (MGRI); Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences (NIISF RAASN)

Email: gogina-es@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4809-5910

N. A. Makisha

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: makishana@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2567-4450

References

  1. Артемьянов А.П., Земскова Л.А., Иванов В.В. Каталитическое жидкофазное окисление фенола в водных средах с использованием катализатора углеродное волокно / (железо, оксид железа) // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2017. T. 60. № 8. C. 88–95. doi: 10.6060/tcct.2017608.5582. EDN ZDNKPD.
  2. Тамаркина Ю.В., Анищенко В.Н., Редько А.Н., Кучеренко В.А. Адсорбция фенола активированными углями на основе ископаемых углей разной степени метаморфизма // Химия твердого топлива. 2021. № 3. С. 3–11. doi: 10.31857/S0023117721030105. EDN JWZHPL.
  3. Yohi S., Wu C.-M., Koodali R.T. A kinetic study of photocatalytic degradation of phenol over titania–silica mixed oxide materials under UV illumination // Catalysts. 2022. Vol. 12. Issue 2. P. 193. doi: 10.3390/catal12020193
  4. Beloborodova N., Bairamov I., Olenin A., Shubina V., Teplova V., Fedotcheva N. Effect of phenolic acids of microbial origin on production of reactive oxygen species in mitochondria and neutrophils // Journal of Biomedical Science. 2012. Vol. 19. Issue 1. doi: 10.1186/1423-0127-19-89
  5. Michałowicz J., Duda W. Phenols — sources and toxicity // Polish Journal of Environmental Studies. 2007. Vol. 16. Issue 3. Pp. 347–362. EDN MFIKYZ.
  6. Liew R.K., Chong M.Y., Osazuwa O.U., Nam W.L., Phang X.Y., Su M.H., Cheng C.K. Production of activated carbon as catalyst support by microwave pyrolysis of palm kernel shell: a comparative study of chemical versus physical activation // Research on Chemical Intermediates. 2018. Vol. 44. Issue 6. Pp. 3849–3865. doi: 10.1007/s11164-018-3388-y
  7. Enaime G., Ennaciri K., Ounas A., Bacaoui A., Seffen M., Selmi T. Preparation and characterization of activated carbons from olive wastes by physical and chemical activation: application to indigo carmine adsorption // Journal of Materials and Environmental Sciences. 2017. Vol. 8. Issue 11. Pp. 4125–4137.
  8. Mbarki F., Selmi T., Kesraoui A., Seffen M. Low-cost activated carbon preparation from Corn stigmata fibers chemically activated using H3PO4, ZnCl2 and KOH: Study of methylene blue adsorption, stochastic isotherm and fractal kinetic // Industrial Crops and Products. 2022. Vol. 178. P. 114546. doi: 10.1016/j.indcrop.2022.114546
  9. Gupta A., Balomajumder C. Simultaneous adsorption of Cr(VI) and phenol from binary mixture using iron incorporated rice husk: insight to multicomponent equilibrium isotherm // International Journal of Chemical Engineering. 2016. Vol. 2016. Pp. 1–11. doi: 10.1155/2016/7086761
  10. Gupta A., Garg A. Primary sewage sludge-derived activated carbon: Characterisation and application in wastewater treatment // Clean Technologies and Environmental Policy. 2015. Vol. 17. Issue 6. Pp. 1619–1631. doi: 10.1007/s10098-014-0895-4
  11. Kacan E. Optimum BET surface areas for activated carbon produced from textile sewage sludges and its application as dye removal // Journal of Environmental Management. 2016. Vol. 166. Pp. 116–123. doi: 10.1016/j.jenvman.2015.09.044
  12. Gundogdu A., Duran C., Senturk H.B., Soylak M., Ozdes D., Serencam H. et al. Adsorption of phenol from aqueous solution on a low-cost activated carbon produced from tea industry waste: Equilibrium, kinetic, and thermodynamic study // Journal of Chemical & Engineering Data. 2012. Vol. 57. Issue 10. Pp. 2733–2743. doi: 10.1021/je300597u
  13. Da̧browski A., Podkościelny P., Hubicki Z., Barczak M. Adsorption of phenolic compounds by activated carbon : a critical review // Chemosphere. 2005. Vol. 58. Issue 8. Pp. 1049–1070. doi: 10.1016/j.chemosphere.2004.09.067
  14. Busca G., Berardinelli S., Resini C., Arrighi L. Technologies for the removal of phenol from fluid streams : a short review of recent developments // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 160. Issue 2–3. Pp. 265–288. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.03.045
  15. Lü G., Hao J., Liu L., Ma H., Fang Q., Wu L. et al. The adsorption of phenol by lignite activated carbon // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011. Vol. 19. Issue 3. Pp. 380–385. doi: 10.1016/S1004-9541(09)60224-x
  16. Yang G., Chen H., Qin H., Feng Y. Amination of activated carbon for enhancing phenol adsorption: Effect of nitrogen-containing functional groups // Applied Surface Science. 2014. Vol. 293. Pp. 299–305. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.12.155
  17. Ho Y.S., McKay G. Pseudo-second order model for sorption processes // Process Biochemistry. 1999. Vol. 34. Issue 5. Pp. 451–465. doi: 10.1016/S0032-9592(98)00112-5
  18. Vieira A.P., Santana S.A.A., Bezerra C.W.B., Silva H.A.S., Chaves J.A.P., de Melo J.C.P. et al. Kinetics and thermodynamics of textile dye adsorption from aqueous solutions using babassu coconut mesocarp // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 166. Issue 2–3. Pp. 1272–1278. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.12.043
  19. Qiu H., Lv L., Pan B., Zhang Q.Q., Zhang W., Zhang Q.Q. Critical review in adsorption kinetic models // Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2009. Vol. 10. Issue 5. Pp. 716–724. doi: 10.1631/jzus.A0820524
  20. Fu Y., Shen Y., Zhang Z., Ge X., Chen M. Activated bio-chars derived from rice husk via one- and two-step KOH-catalyzed pyrolysis for phenol adsorption // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 646. Pp. 1567–1577. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.07.423
  21. Shi R., Li Y., Yin J., Yang S. Preparation of activated carbon from corn straw and research of adsorption kinetics // Chinese Journal of Environmental Engineering. 2014. Vol. 8. Issue 8. Pp. 3428–3432.
  22. Al-Malack M.H., Dauda M. Competitive adsorption of cadmium and phenol on activated carbon produced from municipal sludge // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2017. Vol. 5. Issue 3. Pp. 2718–2729. doi: 10.1016/j.jece.2017.05.027
  23. Yener J., Kopac T., Dogu G., Dogu T. Dynamic analysis of sorption of Methylene Blue dye on granular and powdered activated carbon // Chemical Engineering Journal. 2008. Vol. 144. Issue 3. Pp. 400–406. doi: 10.1016/j.cej.2008.02.009
  24. Srivastava V.C., Swamy M.M., Mall I.D., Prasad B., Mishra I.M. Adsorptive removal of phenol by bagasse fly ash and activated carbon: Equilibrium, kinetics and thermodynamics // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2006. Vol. 272. Issue 1–2. Pp. 89–104. doi: 10.1016/j.colsurfa.2005.07.016
  25. Makrigianni V., Giannakas A., Deligiannakis Y., Konstantinou I. Adsorption of phenol and methylene blue from aqueous solutions by pyrolytic tire char: Equilibrium and kinetic studies // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2015. Vol. 3. Issue 1. Pp. 574–582. doi: 10.1016/j.jece.2015.01.006
  26. Sierra I., Iriarte-Velasco U., Cepeda E.A., Gamero M., Aguayo A.T. Preparation of carbon-based adsorbents from the pyrolysis of sewage sludge with CO2 Investigation of the acid washing procedure // Desalination and Water Treatment. 2016. Vol. 57. Issue 34. Pp. 16053–16065. doi: 10.1080/19443994.2015.1075428
  27. Kumar A., Jena H.M. Removal of methylene blue and phenol onto prepared activated carbon from Fox nutshell by chemical activation in batch and fixed-bed column // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 137. Pp. 1246–1259. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.07.177
  28. Shen Y., Fu Y. KOH-activated rice husk char via CO2 pyrolysis for phenol adsorption // Materials Today Energy. 2018. Vol. 9. Pp. 397–405. doi: 10.1016/j.mtener.2018.07.005
  29. Da Gama B.M.V., do Nascimento G.E., Sales D.C.S., Rodríguez-Díaz J.M., de Menezes Barbosa C.M.B., Duarte M.M.M.B. Mono and binary component adsorption of phenol and cadmium using adsorbent derived from peanut shells // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 201. Pp. 219–228. doi: 10.1016/j.jclepro.2018.07.291
  30. Kilic M., Apaydin-Varol E., Pütün A.E. Adsorptive removal of phenol from aqueous solutions on activated carbon prepared from tobacco residues: Equilibrium, kinetics and thermodynamics // Journal of Hazardous Materials. 2011. Vol. 189. Issue 1–2. Pp. 397–403. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.02.051
  31. Singh K.P., Malik A., Sinha S., Ojha P. Liquid-phase adsorption of phenols using activated carbons derived from agricultural waste material // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 150. Issue 3. Pp. 626–641. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.05.017

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».