Adsorption of benzene derivatives from aqueous solutions on coconut shell-derived activated carbon and monitoring of residual compounds using newly synthesized graphene oxide nanocomposite sensors

[А. Ђорђевић]

112 стр.

Хемија - Хемија животне средине, Аналитичка хемија / Chemistry - Environmental Chemistry, Analytical Chemistry

Нитробензен (NB) и 1,3-динитробензен (DNB) су представници нитроароматичних једињења која се масовно користе у хемијској индустрији, пре свега за синтезу боја, експлозива, пестицида и фармацеутских једињења. Као последица индустријских активности, ове супстанце доспевају у животну средину, где, услед своје стабилности и слабе биоразградивости, представљају упорне органске загађиваче са израженим токсичним и потенцијално канцерогеним дејством. У циљу њиховог ефикасног уклањања и детекције, у оквиру ове дисертације испитана је адсорпциона способност активног угља добијеног од кокосове љуске (CSDAC), као и примена новосинтетисаних нанокомпозита CuAg/rGO и CoAg/rGO за електрохемијску детекцију ових једињења. Адсорпциони процеси су праћени кроз кинетичке и термодинамичке параметре, а подаци су обрађени коришћењем више изотермских модела: Лангмирове, Фројндлихове, Темкинове и Дубинин-Радушкевичеве, уз одговарајуће кинетичке моделе. Резултати су показали висок капацитет CSDAC за уклањање NB и DNB, као и термодинамичку погодност процеса. Физичко-хемијска карактеризација материјала извршена је применом SEM, EDX, FTIR, XRD, BET и UV/VIS метода. Електрохемијска карактеризација нанокомпозита обухватила је примену цикличне волтаметрије и електрохемијске импедансне спектроскопије. Развијени електрохемијски сензори показали су добру осетљивост: CoAg/rGO електрода достигла је границу детекције за NB од 6,36 μM, док иста није одређена за CuAg/rGO. За DNB су утврђене следеће границе детекције: 2,21 μM (CuAg/rGO) у опсегу 5–50 μM и 17,32 μM у опсегу 200–600 μM; док су за CoAg/rGO вредности износиле 2,47 μM (5–50 μM) и 5,25 μM (100–500 μM). Резултати истраживања потврђују да оба испитивана приступа – адсорпциони и електрохемијски – представљају поуздане и применљиве методе за анализу, праћење и уклањање нитроароматичних једињења из воде.

Nitrobenzene (NB) and 1,3-dinitrobenzene (DNB) are representatives of nitroaromatic compounds widely used in the chemical industry, primarily for the synthesis of dyes, explosives, pesticides, and pharmaceutical substances. As a consequence of industrial activities, these substances enter the environment, where they persist due to their stability and low biodegradability, thus representing persistent organic pollutants with pronounced toxic and potentially carcinogenic effects. In order to enable their efficient removal and detection, this dissertation investigated the adsorption capacity of coconut shell-derived activated carbon (CSDAC), as well as the application of newly synthesized CuAg/rGO and CoAg/rGO nanocomposites for the electrochemical detection of these compounds. The adsorption processes were analyzed through kinetic and thermodynamic parameters, and the data were interpreted using several isotherm models: Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin–Radushkevich, along with appropriate kinetic models. The results confirmed the high adsorption capacity of CSDAC for NB and DNB and favorable thermodynamic behavior of the process. Physicochemical characterization of the materials was performed using SEM, EDX, FTIR, XRD, BET, and UV/VIS methods. Electrochemical characterization of the nanocomposites included cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The developed electrochemical sensors exhibited good sensitivity: the CoAg/rGO electrode achieved a detection limit of 6.36 μM for NB, while the corresponding value for CuAg/rGO was not determined. For DNB, the following detection limits were recorded: 2.21 μM (CuAg/rGO) within the 5–50 μM range and 17.32 μM within the 200–600 μM range; for CoAg/rGO, the values were 2.47 μM (5–50 μM) and 5.25 μM (100–500 μM). The research results confirm that both investigated approaches – adsorption and electrochemical – represent reliable and applicable methods for the analysis, monitoring and removal of nitroaromatic compounds from aqueous environments.

Нитробензен, 1,3-динитробензен, биоугаљ, адсорпција, кинетички модел, изотермски модел, биметалне наночестице, редуковани графен оксид, електрохемијска детекција, загађење воде

Nitrobenzene, dinitrobenzene, biochar, adsorption, kinetic model, isotherm model, bimetallic nanoparticles, reduced graphene oxide, electrochemical sensing, water pollution

547.546:544.723(043.3)

Tekst