An inverse gas chromatography study of the adsorption of organics on zeolite and zeolite/iron oxyhydroxide composite at the infinite and finite surface coverage

Abstract

The surfaces of natural (NZ) and zeolite/iron oxyhydroxide composite (ZFe) samples were analysed by means of inverse gas chromatography (IGC) using the adsorption data of organic non-polar and polar probes, in the infinite and finite-dilution regimes, in the temperature range 483-513 K. The dispersive components of the free energy of adsorption, γS, determined by the Gray method, decreased with increasing temperature for both zeolites. The specific interactions were characterised by the specific free adsorption energy change, ΔGaS, the specific enthalpy change of adsorption, ΔHaS, as well as the donor and acceptor interaction parameters (KA, KD) and the basic character of the NZ and ZFe was evidenced. The adsorption isotherms of n-hexane, benzene, chloroform and tetrahydrofuran (THF) were determined under finite surface coverage and used to estimate the specific surface area and the adsorption energy distribution. The adsorption capacity of the ZFe was higher than for NZ for all the investigated adsorbates. The specific surface areas and pore size distributions were also determined using nitrogen adsorption-desorption isotherms, i.e., the BET method. It was observed that the nature of the adsorbate and the properties of the solid surface of the initial and modified samples governed the uptake of adsorbates.

Применом инверзне гасне хроматографије, испитана су површинска својства природног зеолита (NZ) и композита зеолита и гвожђе-оксихидроксида (ZFe), коришћењем поларних и неполарних проба у условима нулте и коначне прекривености у температурном опсегу 483–513 K. Вредности дисперзивне компоненте слободне енергије адсорпције, γS, одређене методом Греја, опадају са порастом температуре за оба зеолита. Одређивањем промене специфичне слободне енергије адсорпције, ΔGa S, и промене специфичне енталпије адсорпције, ΔHa S, које одговарају кисело/базним интеракцијама на чврстој површини, одређени су и акцепторски и донорски параметри (KА и KD) на основу којих је утврђено да су површине узорака NZ и ZFe базног карактера. На основу добијених адсорпционих изотерми за n-хексан, бензен, хлороформ и тетрахидрофуран, применом инверзне гасне хроматографије у условима коначне прекривености, израчунате су вредности специфичне површине као и расподела адсорпционе енергије. Капацитет адсорпције узорка ZFe је био већи у односу на капацитета узорка NZ, за све испитане адсорбенте. Специфична површина узорака као и расподела величине мезопора одређени су применом адсорпионе/десорпционе изотерме за гасовити азот, односно применом BET методе. Закључено је да су природа адсорбата и површинска својства адсорбената главни фактори који одређују капацитет адсорпције.