活性炭對(dui)吡啶吸附的(de)研究

　　吡啶是一種無色(se)易燃(ran)液(ye)(ye)體(ti)，氣味難(nan)聞(wen)，廣泛(fan)用于制造精細化(hua)學品（如(ru)藥物、維生(sheng)素、染(ran)料(liao)）、農業(ye)化(hua)學品等。因(yin)此，它在工(gong)業(ye)廢(fei)水(shui)中很(hen)常見，導致環境污染(ran)問題。這促(cu)使人們開發了一些去除(chu)水(shui)溶液(ye)(ye)中污染(ran)物的(de)方法(fa)，如(ru)生(sheng)物降解(jie)、臭(chou)氧化(hua)、吸附等。

　　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(shi)控制幾種芳香污染物(wu)（揮發性(xing)有(you)機化合物(wu)、酚(fen)類、農藥和除草(cao)劑(ji)）的(de)*佳可(ke)行技術之一。此外，據報道，活(huo)性(xing)炭可(ke)以有(you)效地從水溶液中去除吡啶。

　　多孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料的(de)(de)(de)整體(ti)(ti)吸(xi)(xi)附(fu)速率包括三個連續步驟：外部質(zhi)(zhi)量傳遞、顆粒(li)(li)內擴(kuo)(kuo)散(san)和(he)固體(ti)(ti)基(ji)質(zhi)(zhi)活性(xing)位點的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)。顆粒(li)(li)內擴(kuo)(kuo)散(san)可能是(shi)(shi)由于孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)、表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)或兩種(zhong)機(ji)制的(de)(de)(de)組合(he)。孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)是(shi)(shi)指流體(ti)(ti)相中濃度梯度(即(ji)分(fen)子(zi)(zi)機(ji)制)引起(qi)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)物的(de)(de)(de)運動，但受多孔(kong)(kong)(kong)基(ji)質(zhi)(zhi)幾(ji)何形狀(zhuang)的(de)(de)(de)影響。孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)僅取(qu)決于分(fen)子(zi)(zi)擴(kuo)(kuo)散(san)系數和(he)微尺(chi)度相的(de)(de)(de)空間分(fen)布。后(hou)一種(zhong)概念定義了孔(kong)(kong)(kong)隙度和(he)曲折(zhe)度等多孔(kong)(kong)(kong)介(jie)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)幾(ji)何特性(xing)。表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)是(shi)(shi)指被吸(xi)(xi)附(fu)物通過固體(ti)(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)運動受到相分(fen)布的(de)(de)(de)影響； 表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)濃度梯度是(shi)(shi)主要驅(qu)動力。

　　在像活性(xing)(xing)炭這樣(yang)呈現層次結構的許多(duo)系統中，主要挑戰之一(yi)是對便捷的觀察范圍(wei)的理(li)論(lun)描述。因(yin)此，宏觀平(ping)均(jun)(jun)值足以(yi)設計和(he)建模，但需要一(yi)種(zhong)(zhong)放大方法來考慮(lv)較小的物理(li)尺(chi)寸。標準程序是多(duo)種(zhong)(zhong)運輸問(wen)題中使用(yong)(yong)的體積平(ping)均(jun)(jun)法。考慮(lv)到均(jun)(jun)相兩相多(duo)孔介質中的線(xian)性(xing)(xing)等溫線(xian)，理(li)論(lun)上升級了(le)(le)溶質的擴散和(he)吸附(fu)運輸，并報(bao)(bao)告了(le)(le)用(yong)(yong)于預(yu)測有效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)的相關閉合問(wen)題。隨后(hou)，將散裝和(he)表面反應的效(xiao)(xiao)果納入包裝棉(mian)線(xian)染色的研(yan)究，并報(bao)(bao)告了(le)(le)預(yu)測有效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)的相關問(wen)題。盡管如(ru)(ru)此，反應條件對有效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)（如(ru)(ru)有效(xiao)(xiao)擴散率）的影(ying)響(xiang)尚不清楚，并在文獻(xian)中做(zuo)了(le)(le)一(yi)些努力來深入了(le)(le)解這個問(wen)題。

　　本文從(cong)(cong)放大過(guo)(guo)程的角度研(yan)究(jiu)了(le)吡(bi)啶在活性(xing)炭上的吸附，并確定(ding)了(le)相應的有效(xiao)運輸(shu)性(xing)能。微(wei)觀尺(chi)度現象是通(tong)過(guo)(guo)體積(ji)平均法研(yan)究(jiu)的。因(yin)此(ci)，獲得宏觀控制方程，以有效(xiao)性(xing)表示。這些方程用于(yu)解釋(shi)實驗數據，預測(ce)孔隙和表面(mian)的有效(xiao)擴散率。因(yin)此(ci)，假設(she)微(wei)觀結構(gou)具(ju)有簡單的幾何形(xing)狀(zhuang)（圓(yuan)柱體和球體的有序介質）或(huo)從(cong)(cong)SEM(掃描電子(zi)顯(xian)(xian)微(wei)鏡)獲取(qu)顯(xian)(xian)微(wei)照片處理(li)的圖(tu)像(xiang)。此(ci)外，作為粗略(lve)估計，報道了(le)點表面(mian)擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用(yong)500mL錐形瓶作(zuo)為分批吸附(fu)(fu)劑獲取(qu)(qu)實(shi)驗(yan)吸附(fu)(fu)平衡數據(ju)。將已知負荷(he)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼龍網(wang)袋放入燒瓶中(zhong)，然后加(jia)入吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)。恒溫(wen)(wen)持續攪(jiao)拌是吸附(fu)(fu)過程。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)吸附(fu)(fu)平衡數據(ju)如下。將具(ju)有(you)1g 活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和480mL尼龍網(wang)袋(在吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)中(zhong))pH = 在批量吸附(fu)(fu)器(qi)中(zhong)加(jia)入已知的(de)(de)(de)初始(shi)濃(nong)度(du)(du)。在不同pH在溫(wen)(wen)度(du)(du)下，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)吸?的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進(jin)行(xing)了15次實(shi)驗(yan)。粒(li)度(du)(du)分布分析了活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)量為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)變化(hua)。將活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品添加(jia)到溶(rong)解中(zhong)SFG對(dui)乙酰(xian)氨(an)基酚(fen)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)在室溫(wen)(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒速攪(jiao)拌保持4小時。然后過濾(lv)樣品5ml用(yong)于(yu)(yu)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)提取(qu)(qu)物UV / VIS分析。對(dui)乙酰(xian)氨(an)基酚(fen)的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)量通過質量平衡計(ji)算。在濃(nong)度(du)(du)分析中(zhong)使用(yong)以前(qian)建立的(de)(de)(de)線性(xing)關系。對(dui)于(yu)(yu)高濃(nong)度(du)(du)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)，需要稀釋區域分析。將吸光度(du)(du)讀數從(cong)校準曲(qu)線中(zhong)取(qu)(qu)出，確定相(xiang)應于(yu)(yu)等溫(wen)(wen)線中(zhong)每個點的(de)(de)(de)平衡濃(nong)度(du)(du)。平衡時的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)量qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能團(tuan)的鑒定

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)(de)共同譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中的(de)(de)帶(dai)屬于(yu)(yu)堿基(ji)-OH拉伸。2852和(he)2921cm -1處(chu)的(de)(de)峰值(zhi)是由于(yu)(yu)脂族(zu)的(de)(de)存(cun)在(zai)CH，CH 2和(he)CH 三基(ji)團(tuan)預(yu)計1125cm -1處(chu)與羧(suo)(suo)基(ji)-OH基(ji)團(tuan)有關(guan)。樣品NB可(ke)分(fen)(fen)(fen)配給內(nei)酯基(ji)團(tuan)的(de)(de)1737顯示cm -一帶(dai)，在(zai)樣品中NE中，在(zai)1710cm -根據報告，峰其可(ke)分(fen)(fen)(fen)配到內(nei)酯或非芳(fang)(fang)族(zu)羧(suo)(suo)基(ji)C = O拉伸在(zai)1712cm -1處(chu)發生。可(ke)分(fen)(fen)(fen)配1600-1650cm-1的(de)(de)帶(dai)C = O醌(kun)基(ji)。發現以下頻段(duan)：1652cm-1NE，1629厘(li)(li)米-1為NB / NE，和(he)1641厘(li)(li)米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常見頻帶(dai)尚未明(ming)確解釋。芳(fang)(fang)環拉伸對被分(fen)(fen)(fen)配到高度共軛的(de)(de)基(ji)礎上。在(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)峰對應于(yu)(yu)以下官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)1700cm -一系列(lie)中等強度的(de)(de)峰值(zhi)可(ke)歸因于(yu)(yu)酮、酯、醛和(he)羧(suo)(suo)酸(suan)的(de)(de)存(cun)在(zai)C = O和(he)C = C的(de)(de)伸長。在(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對應CO振(zhen)動拉伸峰。

　　平衡等溫線

　　對(dui)乙(yi)酰氨基(ji)酚NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭實驗吸(xi)附數(shu)據℃在(zai)圖3中繪(hui)制。等(deng)溫線表示，NB*高(gao)吸(xi)附容(rong)量(liang)和(he)*高(gao)吸(xi)附容(rong)量(liang)V MICO(厘(li)米3 /克)，但(dan)由于(yu)微孔和(he)吸(xi)附能力(li)之間沒有線性(xing)關系ML以較(jiao)低的(de)價值呈現類(lei)似的(de)值Vmicro(表 2)。結果表明，活性(xing)炭的(de)吸(xi)附能力(li)與其結構性(xing)質(zhi)沒有簡單(dan)的(de)關系。它還表明，碳表面(mian)化學被認(ren)為是(shi)稀釋水溶(rong)液中吸(xi)附機(ji)制的(de)重要(yao)因素。

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)對(dui)乙酰氨基酚分子(zi)的(de)壓實(shi)有效(xiao)性(xing)(xing)與吸附位置的(de)*佳分布有關。乙酰氨基酚分子(zi)處于非離子(zi)狀(zhuang)態(tai)SGF活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)顯示活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)面(mian)積的(de)測定NB> NE> ML順序有更(geng)好的(de)方向。原因可(ke)能是吸附的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)位點分別更(geng)好地分布在結(jie)構和功能平面(mian)上(shang)。

　　本研(yan)究報告的(de)結(jie)果表明，活性(xing)炭(tan)ML可(ke)以設想為從SGF去(qu)除對乙酰氨基酚的(de)替代吸(xi)附劑。ML與商業標準NB和(he)NE沒有(you)(you)明顯的(de)差異。CO 2等溫線(xian)表明ML有(you)(you)相似之處(chu)NE圖案紋理的(de)微孔材(cai)料。從三(san)種活性(xing)炭(tan)的(de)比(bi)較(jiao)可(ke)以看(kan)出，微孔結(jie)構和(he)表面(mian)化學性(xing)質在定義吸(xi)附能力方面(mian)起著(zhu)關鍵作用。

　　確定(ding)對(dui)乙酰氨(an)基酚(fen)對(dui)SGF中活性(xing)炭(tan)的(de)吸附過(guo)程是自發的(de)(ΔG<0)。在大多數(shu)情況(kuang)下，這(zhe)些模型(xing)與分(fen)(fen)析的(de)數(shu)據非常一致，這(zhe)取(qu)決(jue)于(yu)活性(xing)炭(tan)的(de)類(lei)型(xing)。對(dui)乙酰氨(an)基酚(fen)的(de)吸附可能發生在特定(ding)部(bu)位和基底(di)區域。氧化過(guo)程雖然(ran)由氧表面團進行，但之前的(de)結果表明(ming)，不僅這(zhe)些氧基的(de)分(fen)(fen)布(bu)性(xing)質和分(fen)(fen)布(bu)變得(de)非常重要。對(dui)乙酰氨(an)基酚(fen)分(fen)(fen)子橫截面積的(de)估計(ji)表明(ming)是肯(ken)定(ding)的(de)。