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Sorption mechanism of organosilanol and dimethyl sulfone compounds in water by zeolite beta
Avilés Miranda, Amarillys
Avilés Miranda, Amarillys
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Abstract
Organosilanol compounds and dimethyl sulfone create concerns about water contamination of their difficult removal by adsorption with activated carbon due to their low affinity or ion exchange resin. As an alternative, this research evaluated the viability of zeolite beta (both ammonium and hydrogen beta) in the adsorption of trimethylsilanol and dimethylsilanediol as organosilanol compound models and dimethyl sulfone. Batch experiments assessed each adsorbent's adsorption capacity, and the non-linear regression analyzed the best isotherm model. Measuring the adsorption at different pH, time, and temperature brought an understanding of adsorbate-adsorbent interactions, estimating the thermodynamic parameters, and identifying the rate-limiting step in the mass transfer analysis. Results showed that hydrogen zeolite beta exhibited higher adsorption capacities than ammonium zeolite beta for organosilanol compounds; however, for dimethyl sulfone, higher adsorption was obtained using ammonium zeolite beta. Besides, trimethylsilanol showed stronger attraction forces for the adsorbents than dimethylsilanediol and dimethyl sulfone, yielding higher removals efficiency. Both external and internal diffusivities affect the rate-limiting phase during the transfer of the adsorbate from the bulk solution to the internal adsorbent, with the internal diffusion (surface and pore diffusion) having more impact. Thermodynamic parameters demonstrate the feasible sorption of organosilanol compounds using both adsorbents, whereas dimethyl sulfone adsorption requires external energy. The adsorbents have heterogeneous surfaces, an exponential distribution of active sites on them, and the ability to adsorb several layers of the adsorbates as their adsorption mechanism.
Los compuestos organosilanoles y dimetilsulfón generan preocupación como contaminantes en agua por su baja adsorción utilizando carbón activado o resina de intercambio iónico. Como alternativa, esta investigación evaluó la viabilidad de la zeolita beta (tanto de amonio como de hidrógeno beta) en la adsorción de trimetilsilanol y dimetilsilanediol como modelos de organosilanoles y dimetilsulfón. Experimentos por tandas fueron utilizados para evaluar la capacidad de adsorción de cada adsorbente y la regresión no linear analizó el mejor modelo de isoterma. La medición de la adsorción a diferentes pH, tiempo y temperatura permitió comprender las interacciones adsorbato-adsorbente, estimar los parámetros termodinámicos e identificar el paso limitante de la velocidad en el análisis de transferencia de masa. Los resultados mostraron que la zeolita beta de hidrógeno exhibió capacidades de adsorción más altas que la zeolita beta de amonio para los organosilanoles; sin embargo, para dimetilsulfón, la mayor adsorción se obtuvo utilizando zeolita beta de amonio. Además, trimetilsilanol mostró fuerzas de atracción mayores con los adsorbentes que dimetilsilanediol y dimetilsulfón, lo que produjo una mayor eficiencia de remoción. Durante el movimiento del adsorbato de la solución al adsorbente interno, tanto la difusividad externa como la interna influyen en el paso limitante de la velocidad con mayor relevancia para la difusión interna (difusión superficial y porosa). Los parámetros termodinámicos demuestran una adsorción factible de los organosilanoles utilizando ambos adsorbentes. Como mecanismo de adsorción, podrÃa ocurrir multicapas de los adsorbatos, y los adsorbentes tienen superficies heterogéneas y una distribución exponencial de sitios activos sobre ellos y sus energÃas.
Los compuestos organosilanoles y dimetilsulfón generan preocupación como contaminantes en agua por su baja adsorción utilizando carbón activado o resina de intercambio iónico. Como alternativa, esta investigación evaluó la viabilidad de la zeolita beta (tanto de amonio como de hidrógeno beta) en la adsorción de trimetilsilanol y dimetilsilanediol como modelos de organosilanoles y dimetilsulfón. Experimentos por tandas fueron utilizados para evaluar la capacidad de adsorción de cada adsorbente y la regresión no linear analizó el mejor modelo de isoterma. La medición de la adsorción a diferentes pH, tiempo y temperatura permitió comprender las interacciones adsorbato-adsorbente, estimar los parámetros termodinámicos e identificar el paso limitante de la velocidad en el análisis de transferencia de masa. Los resultados mostraron que la zeolita beta de hidrógeno exhibió capacidades de adsorción más altas que la zeolita beta de amonio para los organosilanoles; sin embargo, para dimetilsulfón, la mayor adsorción se obtuvo utilizando zeolita beta de amonio. Además, trimetilsilanol mostró fuerzas de atracción mayores con los adsorbentes que dimetilsilanediol y dimetilsulfón, lo que produjo una mayor eficiencia de remoción. Durante el movimiento del adsorbato de la solución al adsorbente interno, tanto la difusividad externa como la interna influyen en el paso limitante de la velocidad con mayor relevancia para la difusión interna (difusión superficial y porosa). Los parámetros termodinámicos demuestran una adsorción factible de los organosilanoles utilizando ambos adsorbentes. Como mecanismo de adsorción, podrÃa ocurrir multicapas de los adsorbatos, y los adsorbentes tienen superficies heterogéneas y una distribución exponencial de sitios activos sobre ellos y sus energÃas.
Description
Date
2023-05-11
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Keywords
Sorption, Siloxanes Derivatives, Dimethyl Sulfone, Isotherm Analysis, Adsorption Mass Transfer