Uji Adsorpsi Metilena Biru: Kapasitas Karbon Aktif

Sawijining laboratorium mbandhingake rong karbon aktif. Siji lembar data nyebutake nilai metilena biru telu kaping luwih gedhe tinimbang sijine. Laboratorium kasebut tuku karbon kanthi angka sing luwih gedhe, nemtokake takaran adhedhasar angka kasebut, nanging zat warna wis lolos luwih awal. Ora ana data sing dipalsokake. Rong angka kasebut asale saka uji sing beda, nanging panuku nganggep loro-lorone minangka ukuran sing padha.

Artikel iki mbenerake kaluputan anggone mangerteni angka kasebut. Artikel iki nerangake apa sing diukur dening uji kasebut, nindakake petungan kaping pindho nganggo angka nyata, lan nyebutake saben variabel sing ngowahi asil. Bab mbandhingake peringkat adsorben sing beda-beda dirembug kanthi kapisah; ing kene, sing dirembug yaiku siji golongan bahan lan siji metode.

Apa sebabe zat warna iki dadi probe

Metilena biru yaiku zat warna aromatik kationik kanthi wangun planar. Ing banyu, zat iki ana minangka ion kanthi muatan positif, lan ukuran molekule kira-kira 1.43 × 0.61 × 0.40 nm. Ukuran iki sing dadi alesane zat iki digunakake. Iodin, probe klasik liyane, ukurane luwih cilik lan bisa mlebu mikropori sing sempit, mula angka iodin nuduhake pangembangan mikropori. Metilena biru mbutuhake lawang mlebu sing luwih amba: zat iki bisa mlebu pori kanthi ukuran luwih saka kira-kira 0.75 nm, lan pori kanthi ukuran udakara 1.4 nganti 3 nm menehi sumbangan sing wigati. Ukuran kasebut nyakup mikropori sing luwih gedhe lan mesopori cilik, mula nyebut uji iki minangka probe murni kanggo mesopori iku nyederhanakake banget. Rong probe kasebut padha nglengkapi. Iodin nuduhake sepira akehe pori cilik sing ana. Metilena biru nuduhake sepira akehe ruang pori sing bisa dileboni molekul organik gedhe, yaiku bab sing wigati kanggo nyingkirake zat warna. Saben angka kasebut ora bisa digunakake dhewe kanggo ngramal serapan molekul liyane.

Muatan padha wigatine karo ukuran. Amarga zat warna iki kationik, zat iki ditarik dening permukaan kanthi muatan negatif lan ditolak dening permukaan kanthi muatan positif. Mula, pH dadi variabel utama, dudu mung katrangan tambahan, kaya sing dituduhake dening eksperimen ing ngisor iki.

Cara nindakake uji batch

Wujud uji laboratorium sing lumrah yaiku panyetimbangan kanthi batch. Siapake karbon supaya kahanane cocog kanggo uji, ayak supaya entuk fraksi ukuran partikel sing dikendhaleni, banjur timbang massa m sing wis dingerteni. Tambahake larutan zat warna kanthi volume V sing wis dingerteni lan konsentrasi wiwitan C0. Jaga pH lan suhu supaya tetep, aduk sajrone wektu sing wis diverifikasi, banjur pisahake karbon kanthi filtrasi utawa sentrifugasi. Temtokake konsentrasi sing isih ana, Ce, saka absorbansi UV-Vis, lumrahe cedhak 660 nganti 665 nm lan kerep ing 664 nm, nggunakake seri kalibrasi sing disiapake nganggo instrumen sing padha. Siji prosedur sing wis diterbitake nggunakake 0.050 g karbon karo 50 mL larutan ing rentang 10 nganti 1000 mg/L, sajrone 24 jam ing 25 C, kanthi pamacaan ing 660 nm. Ora ana siji protokol universal, mula nilai sing dilapurake tanpa takaran, rentang konsentrasi, wektu, suhu, pH, lan dawa gelombang ora bisa dianggep asil pangukuran. Iku mung kabar sing durung bisa dibuktekake.

Pangukuran kuantitatif uga mbutuhake katelitian sing padha kaya sing diterangake ing pangukuran zat warna adhedhasar absorbansi: kalibrasi nganggo instrumenmu, pesthekake pucuk absorbansi tinimbang langsung nganggep 664 nm, lan encerake supernatan kanthi konsentrasi dhuwur supaya bali menyang rentang linear.

Conto petungan

Kapasitas dipikolehi saka neraca massa. Zat warna sing wis ora ana ing larutan nempel ing karbon:

qe = (C0 minus Ce) times V divided by m

ing kene qe yaiku serapan nalika setimbang ing mg/g, C0 lan Ce yaiku konsentrasi wiwitan lan konsentrasi nalika setimbang ing mg/L, V yaiku volume ing liter, lan m yaiku massa karbon ing gram.

Titik kapisan. Wiwiti nganggo C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. Sawise panyetimbangan, instrumen nuduhake Ce = 35 mg/L. Mula qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Persentase zat warna sing disingkirake yaiku (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 persen.

Titik kapindho, kanthi takaran lan volume sing padha, nanging beban zat warna luwih dhuwur. Wiwiti nganggo C0 = 200 mg/L lan ukur Ce = 90 mg/L. Mula qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, dene persentase sing disingkirake yaiku (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 persen.

Rong pasangan iki, (Ce = 35, qe = 325) lan (Ce = 90, qe = 550), yaiku rong titik ing isoterm. Gatekna owah-owahan sing kosok balen: kapasitas mundhak saka 325 dadi 550 mg/g, dene persentase sing disingkirake mudhun saka 65 dadi 55 persen. Kapasitas lan persentase sing disingkirake owah ing arah sing kosok balen nalika konsentrasi mundhak. Sapa wae sing menehi peringkat karbon adhedhasar persentase sing disingkirake, nanging diukur kanthi takaran utawa konsentrasi sing beda, sejatine menehi peringkat eksperimene, dudu bahane.

Variabel sing kudu dikendhaleni

Saben bab ing ngisor iki ngowahi angkane. Jaga saben variabel supaya tetep utawa catheten.

Takaran. Karbon sing luwih akeh nyedhiyakake situs adsorpsi luwih akeh, mula persentase sing disingkirake mundhak, dene serapan saben gram lumrahe mudhun, amarga zat warna sing kaserep kasebar ing massa sing luwih akeh. Lapurake takaran ing g/L bebarengan karo V lan m sing digunakake kanggo ngetung.

Konsentrasi wiwitan. C0 sing luwih dhuwur menehi daya pendorong luwih gedhe, mula qe mundhak, dene persentase sing disingkirake mudhun nalika situs adsorpsi wiwit kebak. Isoterm sing dicocogake ing rentang 5 nganti 50 mg/L lan ing rentang 100 nganti 400 mg/L nggambarake perangan kurva sing beda. Bandhingake kapasitas asil pencocokan mung ing rentang sing tumpang tindih.

pH. Kanggo zat warna kationik iki, serapan lumrahe mundhak bareng karo pH, utamane ing ndhuwur titik muatan nol karbon, nalika muatan neto permukaane dadi negatif. pH sing sithik nyebabake protonasi ing situs permukaan lan ndadekake ion hidrogen saingan kanggo ngenggoni situs kasebut. Gedhene pengaruh iki gumantung marang karbon: ing siji panaliten karbon aktif, serapan mundhak saka udakara 51 mg/g ing pH 2 dadi udakara 92 mg/g ing pH 8. Cathet pH wiwitan lan pH nalika setimbang, uga uyah latar sing ana ing larutan, amarga kekuwatan ionik nyuda pengaruh gaya elektrostatik sing uga diowahi dening pH.

Wektu kontak. Serapan mundhak kanthi cepet, banjur wiwit rata. Mung nilai ing dataran kurva sing bisa diarani qe; nilai sadurunge iku yaiku qt. Wektu panyetimbangan sing wis diterbitake beda-beda saka sawetara menit nganti pirang-pirang jam kanggo karbon sing beda, lan sawetara prosedur standar nggunakake wektu kontak 24 jam. Temtokake dataran kurva saka pangukuran kinetika kanggo karbonmu, tinimbang nganggep rong jam wis cukup.

Suhu. Ora ana arah owah-owahan sing ditrapake kanggo kabeh sistem. Serapan mundhak nalika suhu mundhak ing sistem endotermik lan mudhun ing sistem eksotermik, mula ukuren tinimbang mung nganggep.

Ukuran partikel lan pengadukan. Partikel sing luwih alus nyepetake dalan difusi lan lumrahe nyepetake serapan; pengadukan sing luwih kuwat ndadekake lapisan cairan sing mandheg ing sakupenge partikel luwih tipis lan uga nyepetake serapan. Loro-lorone ngowahi laju, dudu kesetimbangan dhewe. Kapasitas sing owah amarga kacepetan pengadukan minangka tandha yen kesetimbangan durung tau digayuh.

Identitas reagen uga kudu dicathet. Mula, pamriksan kemurnian lan spesifikasi zat warna kudu dicathet bebarengan karo massa karbon: metilena biru bisa didol minangka uyah anhidrat kanthi massa molar cedhak 319.9 g/mol utawa minangka trihidrat kanthi massa molar 373.90 g/mol, lan kadar asil asai produk komersial kerep kurang saka 100 persen. C0 nominal sing diitung nganggo massa molar sing kliru ndadekake saben qe kliru kanthi sistematis.

Apa sing bisa lan ora bisa diterangake dening kurva asil pencocokan

Pencocokan Langmuir nulis qe minangka qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce). Pencocokan iki ngasilake kapasitas jenuh qmax ing mg/g lan konstanta afinitas KL ing L/mg. Kecocokan sing apik ateges kurva kejenuhan iki nggambarake rentang konsentrasi sing diukur kanthi apik. Iki ora mbuktekake yen karbon nduweni siji populasi situs sing seragam, yen tutupan mung dumadi saka siji lapisan, utawa yen ana mekanisme molekuler tartamtu sing lumaku. Karbon keropos sing heterogen kerep ngasilake kurva kanthi wangun Langmuir ing rentang sing winates.

Pencocokan Freundlich nulis qe minangka KF times Ce to the power 1/n. KF nemtokake skala kapasitas empiris lan 1/n nemtokake kelengkungan. Amarga wangun iki ora nduweni dataran kurva kanthi nilai winates, wangun iki ora kena diekstrapolasi kanggo nggawe qmax sing ora ana dhasare. Kecocokan Freundlich sing luwih apik mung ateges wangun kurvane sing terus munggah luwih cocog karo interval sing diukur. Apa wae persamaan sing digunakake, luwih becik nggunakake regresi nonlinear ing wangun asline, amarga transformasi linear ngowahi pola galat, lan priksa residual tinimbang mung ngandelake R kuadrat.

Piwulang saka 914 eksperimen

Sawijining analisis pembelajaran mesin saka 914 eksperimen ing 75 makalah nggawe model serapan metilena biru ing lempung, awu, lan bahan sing diaktifake nganggo alkali, nggunakake wit regresi kanthi gradient boosting. Asil utamane: konsentrasi wiwitan zat warna dadi prediktor paling dominan kanggo serapan sing dilapurake. pH, identitas bahan mentah, lan jinis modifikasi uga wigati, lan ana interaksi sing kuwat antarane konsentrasi lan meh saben variabel liyane, kalebu takaran, jembar permukaan, wektu kontak, lan pengadukan.

Ana rong watesan sing kudu digatekake supaya temuan iki tetep migunani. Kapisan, panaliten kasebut ora nyakup karbon aktif, mula ora bisa digunakake kanggo menehi peringkat variabel ing karbon. Kapindho, piwulange gegayutan karo metodologi lan bisa ditrapake kanthi cetha: konsentrasi wiwitan ora kena dianggep variabel pangganggu sing bisa disepelekake, lan kahanan operasi sesambungan karo sipat bahan kanthi kuwat banget, mula peringkat adhedhasar angka mg/g ora bisa tetep migunani yen katrangan kahanane diilangi. Iki padha karo dudutan saka conto petungan sing didhasarake ing prinsip dhasar.

Rong kaluputan sing kudu diendhegake

Kapisan, aja maneh nglapurake persentase sing disingkirake minangka kapasitas. Takaran gedhe bisa nyingkirake 99 persen warna saka larutan encer, nanging mung nahan sawetara miligram saben gram. Takaran cilik ing larutan pekat bisa nahan atusan miligram saben gram, nanging isih ninggalake warna sing katon. Tansah lapurake C0, Ce, V, m, takaran ing g/L, persentase sing disingkirake, lan qe bebarengan; yen ora, angka kasebut ora bisa digunakake maneh.

Kapindho, aja maneh nyebut nilai ing wektu sing wis ditemtokake minangka qe tanpa nuduhake dataran kurva kinetika, lan aja maneh nemtokake konsentrasi standar zat warna mung adhedhasar bobot lan katrangan ing label. Verifikasi kesetimbangan nganggo seri pangukuran wektu, verifikasi konsentrasi kanthi spektrofotometri tinimbang ngandelake bobot sing ditimbang adhedhasar label, amarga ana masalah hidrat lan kadar asil asai, lan kendhalenana pH, suhu, ukuran partikel, lan pengadukan. Kapasitas metilena biru sing dilengkapi cathetan kasebut minangka pangukuran sing bisa digunakake ing konteks liyane. Tanpa cathetan kasebut, iku mung crita saka siji kedadeyan.