活性炭對吡(bi)啶吸附的研究

　　吡啶是一種無色易燃液(ye)體，氣味(wei)難(nan)聞，廣泛用于制造精細化(hua)學品（如藥物(wu)、維生素、染(ran)料）、農業化(hua)學品等(deng)。因(yin)此，它在工業廢水中(zhong)很常見，導致環境污染(ran)問題。這促使人們開發了一些去(qu)除水溶液(ye)中(zhong)污染(ran)物(wu)的方法，如生物(wu)降解、臭氧化(hua)、吸附等(deng)。

　　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(kong)制幾種芳(fang)香(xiang)污染物(wu)（揮發性(xing)有機化合(he)物(wu)、酚類、農藥和除草(cao)劑(ji)）的*佳(jia)可(ke)行(xing)技術之(zhi)一。此(ci)外，據(ju)報(bao)道，活性(xing)炭可(ke)以有效地從水溶液中(zhong)去除吡(bi)啶。

　　多孔(kong)材料的(de)(de)整(zheng)體吸附速率包括三個連續步(bu)驟：外部質(zhi)量傳遞(di)、顆粒內擴散(san)和固體基質(zhi)活性(xing)位點(dian)的(de)(de)吸附。顆粒內擴散(san)可(ke)能是(shi)由于(yu)孔(kong)體積(ji)擴散(san)、表面擴散(san)或兩種機(ji)制的(de)(de)組(zu)合。孔(kong)體積(ji)擴散(san)是(shi)指流體相中濃度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(即分(fen)子機(ji)制)引起(qi)的(de)(de)吸附物的(de)(de)運(yun)動(dong)，但受(shou)(shou)多孔(kong)基質(zhi)幾(ji)何(he)形狀的(de)(de)影(ying)響(xiang)。孔(kong)體積(ji)擴散(san)僅取決于(yu)分(fen)子擴散(san)系數和微(wei)尺度(du)(du)相的(de)(de)空間分(fen)布(bu)。后一種概念(nian)定義了孔(kong)隙度(du)(du)和曲折度(du)(du)等多孔(kong)介(jie)質(zhi)的(de)(de)幾(ji)何(he)特性(xing)。表面擴散(san)是(shi)指被吸附物通過固體表面的(de)(de)運(yun)動(dong)受(shou)(shou)到相分(fen)布(bu)的(de)(de)影(ying)響(xiang)； 表面濃度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)是(shi)主要(yao)驅動(dong)力(li)。

　　在(zai)像(xiang)活性(xing)炭這(zhe)樣呈現(xian)層(ceng)次結構的(de)(de)許多系統中(zhong)，主要挑戰(zhan)之一(yi)(yi)是(shi)對便捷的(de)(de)觀(guan)察(cha)范圍(wei)的(de)(de)理論描述。因(yin)此，宏觀(guan)平(ping)均(jun)值足以設計和(he)(he)建模(mo)，但需要一(yi)(yi)種放大方法來考慮較小的(de)(de)物理尺寸。標(biao)準程序是(shi)多種運(yun)輸(shu)問(wen)題(ti)中(zhong)使用的(de)(de)體積平(ping)均(jun)法。考慮到均(jun)相(xiang)兩(liang)相(xiang)多孔介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)線性(xing)等(deng)溫線，理論上升級了溶質(zhi)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)和(he)(he)吸(xi)附(fu)運(yun)輸(shu)，并(bing)(bing)報(bao)告了用于預測有(you)效(xiao)性(xing)的(de)(de)相(xiang)關(guan)閉合問(wen)題(ti)。隨后，將散(san)裝(zhuang)和(he)(he)表面(mian)反應的(de)(de)效(xiao)果納入(ru)包裝(zhuang)棉(mian)線染色(se)的(de)(de)研究(jiu)，并(bing)(bing)報(bao)告了預測有(you)效(xiao)性(xing)的(de)(de)相(xiang)關(guan)問(wen)題(ti)。盡(jin)管如此，反應條件對有(you)效(xiao)性(xing)（如有(you)效(xiao)擴(kuo)(kuo)散(san)率）的(de)(de)影響尚不清楚，并(bing)(bing)在(zai)文獻中(zhong)做了一(yi)(yi)些努力來深入(ru)了解這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。

　　本文從放大(da)過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)角度研究了吡啶在活性炭上的(de)(de)(de)吸附，并(bing)確定了相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)運輸性能。微(wei)(wei)觀尺度現象(xiang)是通過(guo)體積平(ping)均法研究的(de)(de)(de)。因(yin)此(ci)，獲(huo)得宏觀控制方程(cheng)，以(yi)有(you)效(xiao)性表(biao)示。這些(xie)方程(cheng)用(yong)于解釋實驗數據，預(yu)測孔隙(xi)和表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)擴(kuo)散(san)率。因(yin)此(ci)，假設微(wei)(wei)觀結構具(ju)有(you)簡單(dan)的(de)(de)(de)幾何形狀（圓柱體和球(qiu)體的(de)(de)(de)有(you)序(xu)介質）或(huo)從SEM(掃(sao)描(miao)電子顯(xian)微(wei)(wei)鏡)獲(huo)取顯(xian)微(wei)(wei)照片處(chu)理(li)的(de)(de)(de)圖像。此(ci)外(wai)，作(zuo)為粗略估計，報(bao)道了點(dian)表(biao)面(mian)擴(kuo)散(san)率。

　　吸附平衡數據

　　使用(yong)(yong)500mL錐形瓶(ping)作為分批(pi)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑獲取(qu)實驗吸(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)(ping)(ping)衡數據。將(jiang)已知負荷活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)尼龍(long)網袋放入燒瓶(ping)中(zhong)，然(ran)后加(jia)入吡(bi)啶(ding)溶液(ye)。恒(heng)溫持(chi)續攪拌是吸(xi)(xi)附(fu)(fu)過(guo)程。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)的(de)實驗吸(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)(ping)(ping)衡數據如下(xia)。將(jiang)具(ju)有1g 活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和480mL尼龍(long)網袋(在(zai)吡(bi)啶(ding)溶液(ye)中(zhong))pH = 在(zai)批(pi)量吸(xi)(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)加(jia)入已知的(de)初始(shi)濃(nong)度。在(zai)不同(tong)pH在(zai)溫度下(xia)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)的(de)吸(xi)(xi)?的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)進(jin)行了(le)15次實驗。粒度分布分析(xi)了(le)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)量為0.001至0.27g范圍內(nei)的(de)變化。將(jiang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)添加(jia)到(dao)溶解中(zhong)SFG對乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚溶液(ye)在(zai)室溫下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以100rpm恒(heng)速攪拌保(bao)持(chi)4小時。然(ran)后過(guo)濾樣品(pin)5ml用(yong)(yong)于溶液(ye)提取(qu)物(wu)UV / VIS分析(xi)。對乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)量通過(guo)質量平(ping)(ping)(ping)衡計算。在(zai)濃(nong)度分析(xi)中(zhong)使用(yong)(yong)以前建立的(de)線(xian)性(xing)(xing)關系。對于高濃(nong)度溶液(ye)，需(xu)要稀釋區域分析(xi)。將(jiang)吸(xi)(xi)光度讀(du)數從校準曲線(xian)中(zhong)取(qu)出，確定(ding)相應于等(deng)溫線(xian)中(zhong)每個點的(de)平(ping)(ping)(ping)衡濃(nong)度。平(ping)(ping)(ping)衡時的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)量qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能團的鑒定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的(de)(de)(de)(de)共同譜(pu)帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)帶(dai)屬于(yu)堿(jian)基-OH拉(la)伸(shen)。2852和(he)(he)2921cm -1處(chu)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)值是由于(yu)脂族的(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三(san)基團(tuan)預計1125cm -1處(chu)與羧基-OH基團(tuan)有關。樣(yang)品NB可分配(pei)給內酯(zhi)基團(tuan)的(de)(de)(de)(de)1737顯示cm -一(yi)帶(dai)，在(zai)樣(yang)品中(zhong)(zhong)NE中(zhong)(zhong)，在(zai)1710cm -根據報告，峰(feng)其可分配(pei)到內酯(zhi)或非芳族羧基C = O拉(la)伸(shen)在(zai)1712cm -1處(chu)發生(sheng)。可分配(pei)1600-1650cm-1的(de)(de)(de)(de)帶(dai)C = O醌基。發現以下頻段：1652cm-1NE，1629厘米(mi)-1為NB / NE，和(he)(he)1641厘米(mi)-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)(de)(de)常(chang)見頻帶(dai)尚未明確(que)解釋。芳環拉(la)伸(shen)對(dui)被分配(pei)到高度共軛的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上。在(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)對(dui)應于(yu)以下官(guan)能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)(he)1700cm -一(yi)系(xi)列中(zhong)(zhong)等強度的(de)(de)(de)(de)峰(feng)值可歸因(yin)于(yu)酮(tong)、酯(zhi)、醛和(he)(he)羧酸的(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)C = O和(he)(he)C = C的(de)(de)(de)(de)伸(shen)長。在(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對(dui)應CO振(zhen)動拉(la)伸(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對(dui)乙酰(xian)氨(an)基酚NE，NB和ML37活(huo)性(xing)炭實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)數據℃在圖3中繪(hui)制。等溫(wen)線表示，NB*高(gao)(gao)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容(rong)量(liang)和*高(gao)(gao)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容(rong)量(liang)V MICO(厘米3 /克(ke))，但由于微孔和吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)之間(jian)沒有線性(xing)關系ML以(yi)較低(di)的(de)(de)(de)價(jia)值呈現類(lei)似的(de)(de)(de)值Vmicro(表 2)。結(jie)果(guo)表明，活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)與其(qi)結(jie)構性(xing)質(zhi)沒有簡單的(de)(de)(de)關系。它還(huan)表明，碳表面化學被認為是(shi)稀(xi)釋(shi)水溶液中吸(xi)(xi)附(fu)(fu)機制的(de)(de)(de)重要因素。

　　活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)對乙酰氨(an)基(ji)酚(fen)分(fen)子(zi)的(de)壓實有(you)效性(xing)(xing)與吸(xi)附(fu)位置(zhi)的(de)*佳分(fen)布有(you)關。乙酰氨(an)基(ji)酚(fen)分(fen)子(zi)處于非離子(zi)狀態SGF活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)顯示(shi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)面(mian)積的(de)測定NB> NE> ML順(shun)序(xu)有(you)更(geng)好(hao)的(de)方向。原因可能是吸(xi)附(fu)的(de)活(huo)性(xing)(xing)位點分(fen)別更(geng)好(hao)地分(fen)布在結(jie)構和功能平面(mian)上(shang)。

　　本(ben)研(yan)究(jiu)報告(gao)的(de)結果表(biao)(biao)明(ming)，活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)ML可以(yi)設(she)想為從SGF去(qu)除對乙酰(xian)氨基酚的(de)替代吸(xi)附劑。ML與(yu)商業標準NB和(he)NE沒有明(ming)顯的(de)差異。CO 2等溫線表(biao)(biao)明(ming)ML有相(xiang)似之處NE圖案(an)紋理的(de)微孔(kong)材(cai)料。從三種活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)比較可以(yi)看出，微孔(kong)結構和(he)表(biao)(biao)面(mian)化學性(xing)(xing)質在定(ding)義吸(xi)附能力(li)方面(mian)起著關鍵作用。

　　確定對(dui)乙(yi)酰氨(an)基酚(fen)(fen)對(dui)SGF中(zhong)活(huo)性炭的(de)吸附過程是自發的(de)(ΔG<0)。在大多數情況(kuang)下(xia)，這(zhe)些模型(xing)(xing)與分(fen)析(xi)的(de)數據(ju)非常一致，這(zhe)取決于活(huo)性炭的(de)類型(xing)(xing)。對(dui)乙(yi)酰氨(an)基酚(fen)(fen)的(de)吸附可能發生在特定部(bu)位和(he)基底(di)區域。氧(yang)化過程雖然由氧(yang)表面(mian)團進行，但(dan)之前(qian)的(de)結果表明(ming)，不僅(jin)這(zhe)些氧(yang)基的(de)分(fen)布性質和(he)分(fen)布變得(de)非常重要。對(dui)乙(yi)酰氨(an)基酚(fen)(fen)分(fen)子橫截面(mian)積的(de)估計表明(ming)是肯定的(de)。