Исследование эффективности адсорбции паров толуола и бензола активированными углями

Аннотация

Проведено сравнение эффективности адсорбции паров толуола и бензола при использовании активированных углей --- КАУ, БАУ-А, АГ-3 (Российская Федерация) и EcoSorb (ФРГ). Определение адсорбционной емкости представленных сорбентов и изучение кинетики процесса адсорбции паров указанных растворителей выполнено при температуре 25 ± 1 °C и атмосферном давлении. Наибольшую адсорбционную емкость по отношению к толуолу и бензолу показал активированный уголь марки EcoSorb, затем угли марок АГ-3 и БАУ-А, наименьшую адсорбционную емкость --- КАУ. Для паров бензола зарегистрирована более быстрая скорость адсорбции, которая определялась меньшим, чем у толуола, размером молекул и более высокой диффузионной способностью. Однако толуол продемонстрировал немного большую удельную адсорбционную емкость, чем бензол. Показано, что кинетика поглощения паров обоих растворителей наилучшим образом описывается уравнением псевдовторого порядка для всех исследованных адсорбентов, что указывает на лимитирующий характер хемосорбции в общей схеме рассматриваемого процесса. Менее выраженная корреляция экспериментальных данных с уравнением Морриса --- Вебера указывает на незначительное влияние диффузионных факторов на общую скорость адсорбции. Полученные результаты позволяют сделать выводы об общности механизма процесса адсорбции паров бензола и толуола использованными в исследовании адсорбентами, а также подчеркивают важность влияния физико-химических свойств адсорбатов и адсорбентов на характеристики адсорбции

Работа выполнена при поддержке Программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030"

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Тевельде С.Т., Маркова Е.Б., Болдырев В.С. и др. Исследование эффективности адсорбции паров толуола и бензола активированными углями. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2026, № 2 (125), с. 94--110. EDN: VUUZNE

Литература

[1] Chin W., Huang C., Chen Y., et al. BTEX exposure and metabolite levels in Taiwan schoolchildren near petrochemical areas. Int. J. Hyg. Environ. Health, 2025, vol. 266, art. 114545. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2025.114545

[2] Batur E., Kutluay S. Dynamic adsorption behavior of benzene, toluene, and xylene VOCs in single- and multi-component systems by activated carbon derived from defatted black cumin (Nigella sativa L.) biowaste. J. Environ. Chem. Eng., 2022, vol. 10, no. 3, art. 107565. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107565

[3] Liu L., Ahmadi Y., Kim K.-H., et al. The relative dominance of surface oxygen content over pore properties in controlling adsorption and retrograde behavior of gaseous toluene over microporous carbon. Sci. Total Environ., 2024, vol. 906, art. 167308. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167308

[4] Feo M.L., Frattoni M., Paoloacci E., et al. Assessing the efficiency of zeolites in BTEX adsorption: impact of pore structure and humidity in single and multicomponent systems. Micropor. Mesopor. Mater., 2025, vol. 384, art. 113462. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2024.113462

[5] Болдырев В.С., Кузнецов С.В., Меньшиков В.В. Инновационное развитие малотоннажных научно-производственных предприятий лакокрасочной отрасли. М., Пэйнт-Медиа, 2021.

[6] Shojaei A., Rostami R. BTEX concentration and health risk assessment in automobile workshops. Atmos. Pollut. Res., 2024, vol. 15, no. 12, art. 102306. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apr.2024.102306

[7] Khoshakhlagh A.H., Yazdanirad S., Ducatman A. Climatic conditions and concentrations of BTEX compounds in atmospheric media. Environ. Res., 2024, vol. 251-1, art. 118553. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118553

[8] Wanjala P.M., Opoku B.K., Ibisime E., et al. Assessment of the impact of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) on soil microbial population in selected areas of Port Harcourt City, Nigeria. Sci. Afr., 2025, vol. 27, art. e02525. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2024.e02525

[9] Kim M., Myung E., Kim H., et al. Aqueous benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) removal using core-shell structure activated carbon ball as a permeable reactive barrier material. Results Eng., 2024, vol. 23, art. 102797. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102797

[10] Ghasemi R., Saranjam B., Zarei A., et al. Assessment of health risks of university professors through exposure to BTEX compounds from white board markers. Sci. Rep., 2025, vol. 15, no. 1, art. 8435. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-92336-7

[11] Baberi Z., Azhdarpoor A., Hoseini M., et al. Monitoring benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) levels in mixed-use residential-commercial buildings in Shiraz, Iran: assessing the carcinogenicity and non-carcinogenicity risk of their inhabitants. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2022, vol. 19, no. 2, art. 723. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph19020723

[12] Memetova A. E., Irina V., Burakova I.V., et al. Effective adsorption of toluene and benzene on coconut activated carbon modified with carbon nanotubes: kinetics, isotherms and thermodynamics. Adsorption, 2023, vol. 29, no. 5-6, pp. 335--349. DOI: https://doi.org/10.1007/s10450-023-00405-y

[13] Jayaraj S., Shiva Nagendra S.M. An assessment of atmospheric concentrations and spatiotemporal variation of BTEX and associated pollutants in India. J. Environ. Sci., 2025, vol. 150, pp. 230--245. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jes.2024.03.004

[14] Awada A. M., Shaikha S.M.R., Jalaba R., et al. Adsorption of organic pollutants by natural and modified clays: a comprehensive review. Sep. Purif. Technol., 2019, vol. 228, art. 115719. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115719

[15] Dipheko T.D., Maximov V.V., Permyakov E.A., et al. Ethanol dehydrogenation over (K)(Co)MoS2 catalysts supported on activated carbon: effect of active phase composition. S. Afr. J. Chem. Eng., 2022, vol. 42, pp. 290--305. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sajce.2022.09.004

[16] Cao J., Li Y., Ma X., et al. Constructing binuclear sites to modulate the charge distribution of MIL-101 for enhanced toluene adsorption performance: experimental and theoretical studies. Sep. Purif. Technol., 2025, vol. 354-7, art. 129400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129400

[17] Fu Y., Zhang P., Wang X. Feasible defect and hydrophobic modification of MIL-100(Cr) for efficient toluene removal from air. Chem. Eng. J., 2024, vol. 482, art. 149163. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149163

[18] Касаткин Е.М., Ахмедова Л.С., Маркова Е.Б. и др. Изучение процесса адсорбции паров бензола активированными углями марок АР-А, АР-Б и углями компании Baojun Activated Carbon. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 4 (103), c. 110--124. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-4-110-124

[19] Guo X., Wang J. A general kinetic model for adsorption: theoretical analysis and modeling. J. Mol. Liq., 2019, vol. 288, art. 111100. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111100

[20] Wu M., Zhao Z., Cai G., et al. Adsorption behaviour and mechanism of benzene, toluene and m-xylene (BTX) solution onto kaolinite: experimental and molecular dynamics simulation studies. Sep. Purif. Technol., 2022, vol. 291, art. 120940. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120940

[21] Asenjo N.G., Alvarez P., Granda M., et al. High performance activated carbon for benzene/toluene adsorption from industrial wastewater. J. Hazard. Mater., 2011, vol. 192, no. 3, pp. 1525--1532. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.06.072

[22] Ncube T., Reddy K.S.K., Al Shoaibi A., et al. Benzene, toluene, m-xylene adsorption on silica-based adsorbents. Energy Fuels, 2017, vol. 31, no. 2, pp. 1882--1888. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b03192