Comparison of Activated Carbon and Carbon Nanotubes as Adsorbents for the Removal of 2,4-dichlorophenol from Water

Celem prezentowanej pracy było porównanie węgla aktywnego i nanorurek węglowych jako adsorbentów do usuwania 2,4-dichlorofenolu z wody. Do badań wybrano węgiel aktywny L2S Ceca o powierzchni właściwej 945 m2/g oraz wielościenne nanorurki węglowe o niemodyfikowanej powierzchni (SBET = 181 m2/g). Zbadano zarówno kinetykę adsorpcji, jak i adsorpcję w stanie równowagi. 2,4-dichlorofenol adsorbował się szybciej na nanorurkach niż na węglu aktywnym, jednak z o wiele mniejszą skutecznością. Po osiągnięciu równowagi (po 2 godzinach) na nanorurkach zaadsorbowało się 19% chlorofenolu, natomiast na węglu aktywnym (po 5 godzinach) prawie 91%. Kinetyka przebiegała zgodnie z modelem pseudo II rzędu, współczynniki korelacji R2 wynosiły powyżej 0,99. Izotermy adsorpcji 2,4-dichlorofenolu w warunkach statycznych zostały opisane modelem Langmuira. Zastosowano pięć różnych form prostoliniowych równania Langmuira. Uzyskane wysokie wartości współczynników korelacji świadczą o dobrym dopasowaniu modelu teoretycznego do izoterm doświadczalnych. Wartości stałych qm są wielokrotnie wyższe dla węgla aktywnego niż nanorurek węglowych, co dowodzi, że 2,4-dichlorofenol adsorbuje się o wiele lepiej na węglu aktywnym niż na wielościennych nanorurkach węglowych.Adsorption is one of the well-established and effective techniques for the removal of chlorophenols from natural environment. The aim of the present study was to compare the activated carbon and carbon nanotubes as adsorbents for the removal of 2,4-dichlorophenol from water. As adsorbent the activated carbon L2S Ceca (SBET = 945 m2/g) and unmodified multi-walled carbon nanotubes (SBET = 181 m2/g) were chosen. Both the kinetic and adsorption equilibria were investigated. Adsorption quantities were determined by high- -performance liquid chromatography with diode-array detector. The kinetic experiments were carried out for initial concentration of 2,4-dichlorophenol 1.0 mmol/dm3 and 0.05 g of adsorbent. The results showed that 2,4-dichlorophenol was adsorbed more rapidly on carbon nanotubes than onto activated carbon. Adsorption equilibrium was achieved after 2 and about 5-6 hours on carbon nanotubes and activated carbon, respectively. In order to investigate the kinetics of adsorption of 2,4-dichlorophenol the constants were determined in terms of the pseudo-first-order and pseudo-second-order equations. The pseudo-second-order model fits the experimental data quite well with the correlation coefficients greater than 0.99. These results indicate that the adsorption system belongs to the second-order kinetic model. In adsorption isotherm studies, solutions of 2,4-dichlorophenol with different initial concentrations (0.1, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 mmol/dm3) were shaken for 3 hours (carbon nanotubes) or 6 hours (activated carbon). The adsorption data were analyzed by a regression analysis to fit the five linearized expressions of Langmuir isotherm model. The values of the coefficient of correlation (>0.99) obtained from Langmuir 1, 2 and 5 expressions indicate that there is strong positive evidence that the adsorption of 2,4-dichlorophenol on activated carbon and carbon nanotubes follows the Langmuir isotherm. The lower coefficient of correlation values for Langmuir 3 and 4 linear expressions, suggest that it is not appropriate to use this type of linearization. Significantly higher values of qm determined from the Langmuir plots indicate that the 2,4-dichlorophenol is adsorbed better on activated carbon than multi-walled carbon nanotubes