活性炭對吡(bi)啶(ding)吸附的研究(jiu)

　　吡啶是一種無色易(yi)燃液(ye)體，氣(qi)味難聞，廣泛用于制造精(jing)細化學品（如(ru)藥物、維生素、染料）、農業化學品等。因此，它在工業廢水中很常見，導致(zhi)環(huan)境(jing)污染問題。這促使人們(men)開發了一些(xie)去除水溶液(ye)中污染物的(de)方法(fa)，如(ru)生物降解(jie)、臭(chou)氧化、吸(xi)附等。

　　活性炭是吸附系統中*有效的吸附劑之一，用于從水溶液中去除有機化合物。活性炭是控制幾種芳(fang)香污染物(wu)（揮(hui)發性有機(ji)化(hua)合物(wu)、酚類(lei)、農藥和除草劑）的*佳可(ke)行技術之一。此外(wai)，據(ju)報道，活性炭(tan)可(ke)以有效地從(cong)水溶液(ye)中去除吡啶。

　　多孔(kong)(kong)材料(liao)的(de)整體(ti)吸附(fu)(fu)速率包括(kuo)三個連續步驟(zou)：外(wai)部質(zhi)(zhi)量傳遞、顆粒(li)內擴(kuo)散(san)(san)(san)和固(gu)體(ti)基質(zhi)(zhi)活性位點的(de)吸附(fu)(fu)。顆粒(li)內擴(kuo)散(san)(san)(san)可能是由于孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)、表面(mian)(mian)擴(kuo)散(san)(san)(san)或兩種機(ji)制(zhi)的(de)組合。孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)是指流體(ti)相(xiang)中濃度(du)梯度(du)(即分子(zi)機(ji)制(zhi))引起的(de)吸附(fu)(fu)物的(de)運動(dong)(dong)，但受多孔(kong)(kong)基質(zhi)(zhi)幾何(he)形狀的(de)影響。孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)僅取決于分子(zi)擴(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)數和微尺(chi)度(du)相(xiang)的(de)空間分布。后(hou)一種概念定(ding)義了(le)孔(kong)(kong)隙度(du)和曲折(zhe)度(du)等多孔(kong)(kong)介質(zhi)(zhi)的(de)幾何(he)特性。表面(mian)(mian)擴(kuo)散(san)(san)(san)是指被吸附(fu)(fu)物通(tong)過固(gu)體(ti)表面(mian)(mian)的(de)運動(dong)(dong)受到相(xiang)分布的(de)影響； 表面(mian)(mian)濃度(du)梯度(du)是主(zhu)要驅動(dong)(dong)力(li)。

　　在像活性(xing)炭這樣呈現(xian)層次(ci)結構的(de)(de)(de)(de)許(xu)多系統(tong)中，主要(yao)挑戰之(zhi)一(yi)是(shi)對(dui)(dui)便(bian)捷的(de)(de)(de)(de)觀察范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)理(li)論描述。因此，宏觀平(ping)均值足以設計和(he)建模，但需要(yao)一(yi)種放大(da)方(fang)法(fa)來(lai)考(kao)(kao)慮較小的(de)(de)(de)(de)物理(li)尺寸。標準(zhun)程(cheng)序是(shi)多種運輸問(wen)題(ti)中使用(yong)的(de)(de)(de)(de)體積平(ping)均法(fa)。考(kao)(kao)慮到均相兩相多孔介質中的(de)(de)(de)(de)線性(xing)等溫線，理(li)論上(shang)升級了(le)(le)溶質的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)和(he)吸附運輸，并報(bao)告了(le)(le)用(yong)于(yu)預(yu)測有效(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)(de)相關閉合問(wen)題(ti)。隨后，將散(san)(san)裝和(he)表面反應(ying)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果納入包裝棉線染色的(de)(de)(de)(de)研究，并報(bao)告了(le)(le)預(yu)測有效(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)(de)相關問(wen)題(ti)。盡管(guan)如此，反應(ying)條件對(dui)(dui)有效(xiao)性(xing)（如有效(xiao)擴(kuo)散(san)(san)率）的(de)(de)(de)(de)影響尚不清楚，并在文獻中做(zuo)了(le)(le)一(yi)些努力來(lai)深入了(le)(le)解這個問(wen)題(ti)。

　　本(ben)文從放大過程(cheng)的(de)(de)角(jiao)度研究(jiu)了(le)(le)吡啶在活(huo)性炭(tan)上的(de)(de)吸附，并(bing)確定(ding)了(le)(le)相應的(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)運(yun)輸性能。微(wei)觀尺(chi)度現象是通過體(ti)積(ji)平均法研究(jiu)的(de)(de)。因(yin)此，獲(huo)得宏觀控制方程(cheng)，以有(you)效(xiao)(xiao)性表示。這些方程(cheng)用于解釋實(shi)驗數據(ju)，預測孔(kong)隙和表面(mian)(mian)的(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)擴散率。因(yin)此，假設微(wei)觀結構具有(you)簡單的(de)(de)幾何形狀(zhuang)（圓柱體(ti)和球體(ti)的(de)(de)有(you)序介質）或(huo)從SEM(掃描電子顯微(wei)鏡)獲(huo)取(qu)顯微(wei)照片(pian)處理(li)的(de)(de)圖像。此外，作為粗略估計，報道了(le)(le)點表面(mian)(mian)擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形(xing)瓶(ping)作(zuo)為(wei)分(fen)(fen)批吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)獲取實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)附(fu)平衡數據。將(jiang)已知負荷活(huo)性(xing)炭的(de)(de)尼(ni)龍網(wang)袋放(fang)入燒瓶(ping)中，然后加(jia)入吡(bi)(bi)啶(ding)溶(rong)液。恒溫(wen)(wen)持續(xu)攪拌是吸(xi)(xi)附(fu)過(guo)程。活(huo)性(xing)炭上吡(bi)(bi)啶(ding)的(de)(de)實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)附(fu)平衡數據如下。將(jiang)具有1g 活(huo)性(xing)炭和(he)480mL尼(ni)龍網(wang)袋(在(zai)(zai)吡(bi)(bi)啶(ding)溶(rong)液中)pH = 在(zai)(zai)批量(liang)吸(xi)(xi)附(fu)器(qi)中加(jia)入已知的(de)(de)初始濃(nong)度(du)(du)。在(zai)(zai)不同pH在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度(du)(du)下，活(huo)性(xing)炭上吡(bi)(bi)啶(ding)的(de)(de)吸(xi)(xi)?的(de)(de)活(huo)性(xing)炭進(jin)行了15次實(shi)驗(yan)。粒度(du)(du)分(fen)(fen)布分(fen)(fen)析(xi)了活(huo)性(xing)炭樣品(pin)。活(huo)性(xing)炭的(de)(de)量(liang)為(wei)0.001至(zhi)0.27g范(fan)圍內的(de)(de)變化(hua)。將(jiang)活(huo)性(xing)炭樣品(pin)添加(jia)到溶(rong)解中SFG對乙(yi)酰氨(an)基(ji)酚溶(rong)液在(zai)(zai)室溫(wen)(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒速攪拌保持4小時。然后過(guo)濾樣品(pin)5ml用于溶(rong)液提取物UV / VIS分(fen)(fen)析(xi)。對乙(yi)酰氨(an)基(ji)酚的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)量(liang)通(tong)過(guo)質量(liang)平衡計算。在(zai)(zai)濃(nong)度(du)(du)分(fen)(fen)析(xi)中使用以前(qian)建立的(de)(de)線(xian)性(xing)關(guan)系。對于高濃(nong)度(du)(du)溶(rong)液，需要(yao)稀釋(shi)區域分(fen)(fen)析(xi)。將(jiang)吸(xi)(xi)光(guang)度(du)(du)讀數從校準曲線(xian)中取出，確定相應于等溫(wen)(wen)線(xian)中每(mei)個(ge)點(dian)的(de)(de)平衡濃(nong)度(du)(du)。平衡時的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活(huo)性炭表面官能團的(de)鑒定

　　三種活性炭(tan)(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)(de)共同譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)帶(dai)屬(shu)于(yu)(yu)堿(jian)基(ji)(ji)-OH拉(la)伸(shen)。2852和2921cm -1處(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)值是由于(yu)(yu)脂(zhi)族(zu)的(de)(de)存(cun)在CH，CH 2和CH 三基(ji)(ji)團(tuan)(tuan)預(yu)計1125cm -1處(chu)與羧基(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)團(tuan)(tuan)有關。樣品NB可(ke)分配給內(nei)酯基(ji)(ji)團(tuan)(tuan)的(de)(de)1737顯示cm -一帶(dai)，在樣品中(zhong)NE中(zhong)，在1710cm -根據報(bao)告(gao)，峰(feng)(feng)其可(ke)分配到內(nei)酯或非芳族(zu)羧基(ji)(ji)C = O拉(la)伸(shen)在1712cm -1處(chu)發生。可(ke)分配1600-1650cm-1的(de)(de)帶(dai)C = O醌基(ji)(ji)。發現以下(xia)頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘(li)米(mi)-1為NB / NE，和1641厘(li)米(mi)-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常見頻(pin)帶(dai)尚未明確(que)解(jie)釋。芳環拉(la)伸(shen)對(dui)被分配到高(gao)度(du)共軛的(de)(de)基(ji)(ji)礎(chu)上。在2900cm -1處(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)對(dui)應(ying)于(yu)(yu)以下(xia)官(guan)能團(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數(shu)1400和1700cm -一系(xi)列中(zhong)等強度(du)的(de)(de)峰(feng)(feng)值可(ke)歸因于(yu)(yu)酮、酯、醛和羧酸的(de)(de)存(cun)在C = O和C = C的(de)(de)伸(shen)長。在1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對(dui)應(ying)CO振動拉(la)伸(shen)峰(feng)(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚NE，NB和ML37活性(xing)(xing)炭(tan)實驗(yan)吸附(fu)數據(ju)℃在圖3中繪制(zhi)。等(deng)溫(wen)線表(biao)(biao)示，NB*高(gao)吸附(fu)容量(liang)和*高(gao)吸附(fu)容量(liang)V MICO(厘米3 /克)，但由(you)于(yu)微(wei)孔和吸附(fu)能力(li)之間沒有(you)線性(xing)(xing)關系ML以較低的(de)價值(zhi)呈現(xian)類似的(de)值(zhi)Vmicro(表(biao)(biao) 2)。結(jie)果(guo)表(biao)(biao)明(ming)，活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)吸附(fu)能力(li)與其結(jie)構(gou)性(xing)(xing)質(zhi)沒有(you)簡單的(de)關系。它還表(biao)(biao)明(ming)，碳(tan)表(biao)(biao)面化學(xue)被認為是(shi)稀釋(shi)水溶(rong)液中吸附(fu)機(ji)制(zhi)的(de)重要因素。

　　活性(xing)炭(tan)表(biao)面對乙酰氨基(ji)酚(fen)分(fen)(fen)子的(de)壓實有(you)效性(xing)與吸(xi)附(fu)位置(zhi)的(de)*佳分(fen)(fen)布(bu)有(you)關。乙酰氨基(ji)酚(fen)分(fen)(fen)子處于非(fei)離(li)子狀(zhuang)態(tai)SGF活性(xing)炭(tan)表(biao)面顯示活性(xing)炭(tan)面積的(de)測定NB> NE> ML順(shun)序有(you)更(geng)好的(de)方向。原(yuan)因可能是吸(xi)附(fu)的(de)活性(xing)位點分(fen)(fen)別(bie)更(geng)好地(di)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)結(jie)構和功能平面上。

　　本研究報告的結果表明，活性炭ML可以(yi)設想為(wei)從(cong)SGF去(qu)除對乙酰氨基酚的替代(dai)吸附劑。ML與商業標準NB和NE沒有明顯的差異。CO 2等溫線表明ML有相似(si)之處NE圖案(an)紋(wen)理的微(wei)孔材料。從(cong)三種活性炭的比較可以(yi)看出，微(wei)孔結構和表面化(hua)學性質在定義吸附能(neng)力方(fang)面起著關鍵作用。

　　確(que)定對(dui)乙酰氨基(ji)(ji)酚(fen)對(dui)SGF中(zhong)活(huo)性炭的(de)(de)(de)吸附過(guo)程是(shi)自發(fa)的(de)(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)大多數情況下，這(zhe)些(xie)模型與分(fen)析的(de)(de)(de)數據非(fei)常一致，這(zhe)取決于(yu)活(huo)性炭的(de)(de)(de)類型。對(dui)乙酰氨基(ji)(ji)酚(fen)的(de)(de)(de)吸附可能發(fa)生在(zai)特定部位和基(ji)(ji)底區域。氧(yang)化過(guo)程雖然(ran)由氧(yang)表(biao)面團進行，但之前的(de)(de)(de)結果表(biao)明，不僅這(zhe)些(xie)氧(yang)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)分(fen)布性質和分(fen)布變得非(fei)常重要。對(dui)乙酰氨基(ji)(ji)酚(fen)分(fen)子橫截面積(ji)的(de)(de)(de)估計(ji)表(biao)明是(shi)肯定的(de)(de)(de)。