Published April 16, 2024 | Version v1
Publication Open

Performance assessment of activated carbon thermally modified with iron in the desulfurization of biogas in a static batch system supported by headspace gas chromatography

Creators

  • 1. Universidade Tecnológica Federal do Paraná
  • 2. Universidade Estadual de Londrina
  • 3. University of Guadalajara

Description

Abstract A static batch arrangement composed of anti-leak vials coupled to gas chromatography is proposed as a complementary system for performance assessment of biogas desulfurization by adsorption. For testing, a modified commercial activated carbon produced by controlled thermal treatment in the presence of iron(III) species improved biogas desulfurization. The adsorbents showed a superior hydrogen sulfide removal compared to ordinary one. Pseudo-first-order, pseudo-second-order, and Bangham's kinetic models were used to fit experimental data. All studied samples followed pseudo-first-order model, indicating the predominance of physisorption, and Bangham's model, confirming that the micropores structure played an important role for gases diffusion and adsorbent capacity. Additionally, the materials were characterized by N 2 adsorption–desorption, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy. The thermal treatment associated with iron impregnation caused significant modifications in the surface of the materials, and the iron species showed two main benefits: an expressive increase in the specific area and the formation of specific adsorption sites for hydrogen sulfide removal. The results reinforce the advantages of iron-modified adsorbents in relation to their non-modified counterparts. The analytical methodology based on the confinement of multiple gases contributes to improving the understanding of the hydrogen sulfide adsorption process using pressure swing adsorption technology. Graphical Abstract

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص يُقترح ترتيب دفعي ثابت يتكون من قوارير مضادة للتسرب مقترنة باستشراب الغاز كنظام تكميلي لتقييم أداء إزالة الكبريت من الغاز الحيوي عن طريق الامتزاز. للاختبار، أدى الكربون المنشط التجاري المعدل الناتج عن المعالجة الحرارية الخاضعة للرقابة في وجود أنواع الحديد(III) إلى تحسين إزالة الكبريت من الغاز الحيوي. أظهرت المواد الماصة إزالة كبريتيد الهيدروجين متفوقة مقارنة مع المواد العادية. تم استخدام نماذج حركية من الدرجة الأولى الزائفة، والدرجة الثانية الزائفة، ونماذج بانغام الحركية لتناسب البيانات التجريبية. اتبعت جميع العينات المدروسة نموذجًا زائفًا من الدرجة الأولى، مما يشير إلى هيمنة الامتزاز، ونموذج بانغام، مما يؤكد أن بنية المسام الدقيقة لعبت دورًا مهمًا في انتشار الغازات وقدرة الامتصاص. بالإضافة إلى ذلك، تميزت المواد بامتزاز- امتصاص N 2، حيود الأشعة السينية، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، الفحص المجهري الإلكتروني والمسح الطيفي المشتت للطاقة. تسببت المعالجة الحرارية المرتبطة بتشريب الحديد في حدوث تعديلات كبيرة في سطح المواد، وأظهرت أنواع الحديد فائدتين رئيسيتين: زيادة تعبيرية في المنطقة المحددة وتشكيل مواقع امتزاز محددة لإزالة كبريتيد الهيدروجين. وتعزز النتائج مزايا المواد الممتزة المعدلة بالحديد فيما يتعلق بنظيراتها غير المعدلة. تساهم المنهجية التحليلية القائمة على حصر الغازات المتعددة في تحسين فهم عملية امتزاز كبريتيد الهيدروجين باستخدام تقنية امتزاز تأرجح الضغط. الملخص البياني

Translated Description (French)

Résumé Un arrangement de lots statiques composé de flacons anti-fuite couplés à la chromatographie en phase gazeuse est proposé comme système complémentaire pour l'évaluation des performances de la désulfuration du biogaz par adsorption. Pour les essais, un charbon actif commercial modifié produit par traitement thermique contrôlé en présence d'espèces de fer(III) a amélioré la désulfuration du biogaz. Les adsorbants ont montré une élimination supérieure du sulfure d'hydrogène par rapport à un adsorbant ordinaire. Les modèles cinétiques du pseudo premier ordre, du pseudo second ordre et de Bangham ont été utilisés pour adapter les données expérimentales. Tous les échantillons étudiés ont suivi un modèle de pseudo premier ordre, indiquant la prédominance de la physisorption, et le modèle de Bangham, confirmant que la structure des micropores jouait un rôle important pour la diffusion des gaz et la capacité d'adsorption. De plus, les matériaux ont été caractérisés par adsorption-désorption de N 2, diffraction des rayons X, spectroscopie infrarouge, microscopie électronique à balayage et spectroscopie à dispersion d'énergie. Le traitement thermique associé à l'imprégnation du fer a entraîné des modifications significatives de la surface des matériaux, et les espèces de fer ont montré deux avantages principaux : une augmentation expressive de la zone spécifique et la formation de sites d'adsorption spécifiques pour l'élimination du sulfure d'hydrogène. Les résultats renforcent les avantages des adsorbants modifiés par le fer par rapport à leurs homologues non modifiés. La méthodologie analytique basée sur le confinement de plusieurs gaz contribue à améliorer la compréhension du processus d'adsorption du sulfure d'hydrogène à l'aide de la technologie d'adsorption modulée en pression. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen Se propone una disposición de lotes estáticos compuesta por viales antifugas acoplados a cromatografía de gases como un sistema complementario para la evaluación del rendimiento de la desulfuración de biogás por adsorción. Para las pruebas, un carbón activado comercial modificado producido por tratamiento térmico controlado en presencia de especies de hierro(III) mejoró la desulfuración del biogás. Los adsorbentes mostraron una eliminación de sulfuro de hidrógeno superior en comparación con la normal. Se utilizaron modelos cinéticos de pseudo-primer orden, pseudo-segundo orden y Bangham para ajustar los datos experimentales. Todas las muestras estudiadas siguieron el modelo de pseudoprimer orden, que indica el predominio de la fisisorción, y el modelo de Bangham, que confirma que la estructura de microporos desempeñó un papel importante para la difusión de gases y la capacidad adsorbente. Además, los materiales se caracterizaron por adsorción-desorción de N 2, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de dispersión de energía. El tratamiento térmico asociado a la impregnación de hierro causó modificaciones significativas en la superficie de los materiales, y las especies de hierro mostraron dos beneficios principales: un aumento expresivo en el área específica y la formación de sitios de adsorción específicos para la eliminación de sulfuro de hidrógeno. Los resultados refuerzan las ventajas de los adsorbentes modificados con hierro en relación con sus homólogos no modificados. La metodología analítica basada en el confinamiento de múltiples gases contribuye a mejorar la comprensión del proceso de adsorción de sulfuro de hidrógeno utilizando la tecnología de adsorción por oscilación de presión.

Files

s40543-024-00432-6.pdf

Files (3.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:613679989e8291baacb53ffcc4e8c019
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم أداء الكربون المنشط المعدل حراريًا بالحديد في إزالة الكبريت من الغاز الحيوي في نظام دفعي ثابت مدعوم باستشراب الغاز في فضاء الرأس
Translated title (French)
Évaluation des performances du charbon actif modifié thermiquement avec du fer dans la désulfuration du biogaz dans un système de lots statiques pris en charge par chromatographie en phase gazeuse dans l'espace de tête
Translated title (Spanish)
Evaluación del rendimiento del carbón activado modificado térmicamente con hierro en la desulfuración de biogás en un sistema de lotes estáticos respaldado por cromatografía de gases en el espacio de cabeza

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394837512
DOI
10.1186/s40543-024-00432-6

Is supplement to
https://openalex.org/W3211415113 (Other)
https://openalex.org/W3154534550 (Other)
https://openalex.org/W3094732382 (Other)
https://openalex.org/W2978230328 (Other)
https://openalex.org/W2391713269 (Other)
https://openalex.org/W2078009951 (Other)
https://openalex.org/W2068203450 (Other)
https://openalex.org/W2044792071 (Other)
https://openalex.org/W2028040544 (Other)
https://openalex.org/W2022371406 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1997471925
  • https://openalex.org/W2011097011
  • https://openalex.org/W2011254969
  • https://openalex.org/W2016729051
  • https://openalex.org/W2018638842
  • https://openalex.org/W2022167641
  • https://openalex.org/W2064475673
  • https://openalex.org/W2068726563
  • https://openalex.org/W2295965238
  • https://openalex.org/W2312199777
  • https://openalex.org/W2486566254
  • https://openalex.org/W2555304764
  • https://openalex.org/W2602116008
  • https://openalex.org/W2605796171
  • https://openalex.org/W2617421344
  • https://openalex.org/W2799594207
  • https://openalex.org/W2802889174
  • https://openalex.org/W2905109510
  • https://openalex.org/W2924406436
  • https://openalex.org/W2928812807
  • https://openalex.org/W2964329356
  • https://openalex.org/W2967638792
  • https://openalex.org/W2972038337
  • https://openalex.org/W2982280487
  • https://openalex.org/W2991051652
  • https://openalex.org/W2996647476
  • https://openalex.org/W2998565449
  • https://openalex.org/W3015625917
  • https://openalex.org/W3017176372
  • https://openalex.org/W3020101996
  • https://openalex.org/W3042947162
  • https://openalex.org/W3081062243
  • https://openalex.org/W3106922285
  • https://openalex.org/W3108120918
  • https://openalex.org/W3168630495
  • https://openalex.org/W3202770811
  • https://openalex.org/W3207455445
  • https://openalex.org/W3215216649
  • https://openalex.org/W4200049813
  • https://openalex.org/W4206246786
  • https://openalex.org/W4206337798
  • https://openalex.org/W4211005150
  • https://openalex.org/W4281747240
  • https://openalex.org/W4285605338
  • https://openalex.org/W4285809826
  • https://openalex.org/W4296269392
  • https://openalex.org/W4309774854
  • https://openalex.org/W4313582656