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High-energy ball milling enhances bisphenol A adsorption by increasing site accessibility and modifying adsorption energetics in powdered activated carbon

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A persistência ambiental do plastificante Bisfenol A (BPA) exige soluções de adsorção inovadoras e sustentáveis. A moagem de alta energia (HEBM) surgiu como um método eficaz e de baixo custo para melhorar o desempenho de adsorção de materiais carbonáceos, particularmente o carvão ativado em pó (PAC). Neste estudo, dois PACs foram submetidos à HEBM sob condições idênticas e avaliados quanto à adsorção de BPA em solução aquosa. Os dados de equilíbrio foram analisados ​​utilizando os modelos de isoterma de Langmuir, Freundlich e Temkin para elucidar as alterações na capacidade de adsorção e na energética superficial. A moagem aumentou a capacidade máxima de adsorção de Langmuir (qmax) de 159,4 para 1027,0 mg/g para o PAC-VBM e de 305,7 para 863,6 mg/g para o PAC-MBM. A análise comparativa dos modelos revelou uma transição mecanística induzida pela HEBM. Os carvões não moídos apresentaram comportamento de adsorção governado pela heterogeneidade energética e pela variação de calor dependente da cobertura, sendo o modelo de Temkin o que melhor se ajustou aos dados. Após a moagem, a adsorção deslocou-se para um regime mais acessível aos sítios e dominado pela capacidade, com melhor representação de Langmuir e menor heterogeneidade de Freundlich. Apesar do aumento substancial na capacidade, as constantes de afinidade diminuíram, indicando que o aumento da adsorção foi impulsionado principalmente pelo aumento da acessibilidade aos sítios, e não por uma maior energia de ligação. Esses resultados demonstram que a moagem de alta energia (HEBM) reorganiza a distribuição das energias de adsorção efetivas, deslocando a adsorção de BPA de um regime controlado por energia para um regime controlado por acessibilidade. A integração de múltiplos modelos de isotermas oferece uma estrutura mecanística robusta para a compreensão das relações estrutura-desempenho em adsorventes de carvão ativados.
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High-energy ball milling enhances bisphenol A adsorption by increasing site accessibility and modifying adsorption energetics in powdered activated carbon

  • DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.1317632627033

  • Palavras-chave: Bisfenol A; Moagem de alta energia com esferas; Carvão ativado em pó; Isotermas de adsorção; Acessibilidade do sítio de adsorção; Distribuição energética..

  • Keywords: Bisphenol A; High-energy ball milling; Powdered activated carbon; Adsorption isotherms; Site accessibility; Energy distribution.

  • Abstract: The environmental persistence of the plasticizer Bisphenol A (BPA) necessitates innovative and green adsorption solutions. High-energy ball milling (HEBM) has emerged as an effective, low-cost method for enhancing the adsorption performance of carbonaceous materials, particularly powdered activated carbon (PAC). In this study, two PACs were subjected to HEBM under identical conditions and evaluated for BPA adsorption in aqueous solution. Equilibrium data were analyzed using Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherm models to elucidate changes in adsorption capacity and surface energetics. Ball milling increased the Langmuir maximum adsorption capacity (qmax), from 159.4 to 1027.0 mg/g for PAC-VBM and from 305.7 to 863.6 mg/g for PAC-MBM. Comparative model analysis revealed a mechanistic transition induced by HEBM. Unmilled carbons showed adsorption behavior governed by energetic heterogeneity and coverage-dependent heat variation, with the Temkin model providing the best fit. After milling, adsorption shifted toward a more site-accessible, capacity-dominated regime, with improved Langmuir representation and diminished Freundlich heterogeneity. Despite the substantial increase in capacity, affinity constants decreased, indicating that adsorption enhancement was primarily driven by increased site accessibility rather than stronger binding energy. These results demonstrate that HEBM reorganizes the distribution of effective adsorption energies, shifting BPA adsorption from an energy-controlled to an accessibility-controlled regime. The integration of multiple isotherm models offers a strong mechanistic framework for understanding structure-performance relationships in mechanically activated carbon adsorbents.

  • Antonio Ilderlanio de Sousa Leite
  • Ricardo de Lima Isaac
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