活性(xing)炭(tan)對吡啶吸附的研究

　　吡啶是(shi)一(yi)種無色易(yi)燃液體(ti)，氣味(wei)難聞(wen)，廣泛用于制造精細化(hua)學品（如藥物(wu)、維生(sheng)素、染(ran)料）、農(nong)業(ye)化(hua)學品等。因(yin)此，它(ta)在(zai)工(gong)業(ye)廢(fei)水中很常(chang)見，導致(zhi)環境(jing)污染(ran)問題。這促使人們開發了一(yi)些去除水溶液中污染(ran)物(wu)的方(fang)法，如生(sheng)物(wu)降(jiang)解、臭氧化(hua)、吸附(fu)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(ji)種芳香污染物（揮發性有機化合物、酚類、農藥和除(chu)草劑）的(de)*佳可(ke)行技(ji)術之一(yi)。此(ci)外(wai)，據報(bao)道(dao)，活性炭可(ke)以有效地從(cong)水溶液(ye)中去除(chu)吡啶。

　　多(duo)孔(kong)(kong)材(cai)料的整體(ti)吸附(fu)速率包括三(san)個連續步驟(zou)：外部質(zhi)量傳遞、顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)散(san)(san)和固體(ti)基質(zhi)活(huo)性位點的吸附(fu)。顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)散(san)(san)可能(neng)是(shi)(shi)由于孔(kong)(kong)體(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)(san)、表(biao)面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)或(huo)兩種機制的組合(he)。孔(kong)(kong)體(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)(san)是(shi)(shi)指流體(ti)相中(zhong)濃度(du)梯度(du)(即分(fen)子機制)引起的吸附(fu)物(wu)的運動，但受多(duo)孔(kong)(kong)基質(zhi)幾何形狀的影響。孔(kong)(kong)體(ti)積擴(kuo)(kuo)散(san)(san)僅取決于分(fen)子擴(kuo)(kuo)散(san)(san)系數和微尺度(du)相的空間(jian)分(fen)布(bu)(bu)。后一種概(gai)念定義(yi)了孔(kong)(kong)隙度(du)和曲折度(du)等多(duo)孔(kong)(kong)介(jie)質(zhi)的幾何特性。表(biao)面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)是(shi)(shi)指被吸附(fu)物(wu)通過固體(ti)表(biao)面(mian)(mian)的運動受到相分(fen)布(bu)(bu)的影響； 表(biao)面(mian)(mian)濃度(du)梯度(du)是(shi)(shi)主要(yao)驅動力。

　　在像活性(xing)(xing)炭這樣呈現層次結構的(de)(de)許多(duo)系統中，主(zhu)要挑戰之一(yi)是對(dui)便(bian)捷的(de)(de)觀(guan)察范圍的(de)(de)理(li)論(lun)描述。因此，宏(hong)觀(guan)平均(jun)值足以設計和(he)建(jian)模，但(dan)需要一(yi)種放大(da)方法來考慮較小的(de)(de)物(wu)理(li)尺寸(cun)。標準程(cheng)序是多(duo)種運輸問(wen)題(ti)(ti)中使用的(de)(de)體(ti)積平均(jun)法。考慮到均(jun)相(xiang)兩相(xiang)多(duo)孔介質(zhi)(zhi)中的(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)等溫線(xian)，理(li)論(lun)上升級了(le)溶質(zhi)(zhi)的(de)(de)擴散(san)(san)(san)和(he)吸附運輸，并(bing)報告了(le)用于(yu)預測有(you)(you)效性(xing)(xing)的(de)(de)相(xiang)關(guan)閉合問(wen)題(ti)(ti)。隨后，將散(san)(san)(san)裝和(he)表(biao)面反(fan)(fan)應的(de)(de)效果(guo)納(na)入(ru)包裝棉線(xian)染色的(de)(de)研究(jiu)，并(bing)報告了(le)預測有(you)(you)效性(xing)(xing)的(de)(de)相(xiang)關(guan)問(wen)題(ti)(ti)。盡(jin)管如此，反(fan)(fan)應條(tiao)件對(dui)有(you)(you)效性(xing)(xing)（如有(you)(you)效擴散(san)(san)(san)率）的(de)(de)影(ying)響尚不清(qing)楚，并(bing)在文獻中做了(le)一(yi)些(xie)努(nu)力來深入(ru)了(le)解這個(ge)問(wen)題(ti)(ti)。

　　本文從放大過程(cheng)的(de)(de)角度研究了(le)吡啶(ding)在活(huo)性炭上的(de)(de)吸附(fu)，并確定了(le)相應的(de)(de)有(you)效(xiao)運輸性能。微觀尺度現象(xiang)是通過體(ti)(ti)(ti)積平均(jun)法研究的(de)(de)。因此(ci)，獲得宏觀控制方程(cheng)，以有(you)效(xiao)性表(biao)(biao)(biao)示。這(zhe)些方程(cheng)用(yong)于解釋(shi)實驗數據，預測孔隙和表(biao)(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)有(you)效(xiao)擴散率。因此(ci)，假設微觀結構具(ju)有(you)簡單的(de)(de)幾何形狀（圓柱體(ti)(ti)(ti)和球體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)有(you)序介質）或從SEM(掃描電子顯(xian)微鏡(jing))獲取顯(xian)微照片處理的(de)(de)圖像。此(ci)外，作為粗略估(gu)計，報道了(le)點表(biao)(biao)(biao)面(mian)擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形瓶作為分批吸(xi)附(fu)(fu)劑獲取(qu)(qu)實驗吸(xi)附(fu)(fu)平衡數據。將(jiang)已知負(fu)荷(he)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)尼(ni)龍(long)(long)網(wang)袋(dai)放入(ru)燒瓶中(zhong)(zhong)(zhong)，然后加(jia)入(ru)吡啶溶(rong)液。恒溫持續攪拌是吸(xi)附(fu)(fu)過(guo)(guo)程。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)上吡啶的(de)(de)(de)實驗吸(xi)附(fu)(fu)平衡數據如下(xia)。將(jiang)具有1g 活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)和(he)480mL尼(ni)龍(long)(long)網(wang)袋(dai)(在吡啶溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong))pH = 在批量吸(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)(zhong)(zhong)加(jia)入(ru)已知的(de)(de)(de)初始(shi)濃度(du)(du)(du)。在不同pH在溫度(du)(du)(du)下(xia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)上吡啶的(de)(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)進行了(le)15次實驗。粒(li)度(du)(du)(du)分布分析(xi)了(le)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)量為0.001至0.27g范(fan)圍(wei)內的(de)(de)(de)變化。將(jiang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)添(tian)加(jia)到溶(rong)解中(zhong)(zhong)(zhong)SFG對(dui)乙酰(xian)氨(an)基酚溶(rong)液在室溫下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以100rpm恒速攪拌保持4小時。然后過(guo)(guo)濾樣品(pin)5ml用于溶(rong)液提取(qu)(qu)物UV / VIS分析(xi)。對(dui)乙酰(xian)氨(an)基酚的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)量通過(guo)(guo)質(zhi)量平衡計算。在濃度(du)(du)(du)分析(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)使用以前(qian)建立的(de)(de)(de)線性(xing)(xing)關系(xi)。對(dui)于高濃度(du)(du)(du)溶(rong)液，需要稀釋區域(yu)分析(xi)。將(jiang)吸(xi)光(guang)度(du)(du)(du)讀(du)數從校準(zhun)曲線中(zhong)(zhong)(zhong)取(qu)(qu)出，確定相應于等溫線中(zhong)(zhong)(zhong)每個點的(de)(de)(de)平衡濃度(du)(du)(du)。平衡時的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)量qe(mg / g)。

　　活性炭表面官(guan)能團的鑒定(ding)

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)(de)共同(tong)譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中的(de)(de)帶(dai)屬于(yu)堿基(ji)(ji)(ji)(ji)-OH拉(la)伸。2852和(he)2921cm -1處(chu)(chu)(chu)(chu)的(de)(de)峰(feng)值是由于(yu)脂族(zu)的(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)CH，CH 2和(he)CH 三基(ji)(ji)(ji)(ji)團(tuan)預計1125cm -1處(chu)(chu)(chu)(chu)與(yu)羧基(ji)(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)(ji)團(tuan)有關。樣品NB可(ke)分(fen)(fen)配(pei)給(gei)內酯基(ji)(ji)(ji)(ji)團(tuan)的(de)(de)1737顯示(shi)cm -一(yi)(yi)帶(dai)，在(zai)(zai)(zai)樣品中NE中，在(zai)(zai)(zai)1710cm -根據報告，峰(feng)其可(ke)分(fen)(fen)配(pei)到(dao)內酯或非芳族(zu)羧基(ji)(ji)(ji)(ji)C = O拉(la)伸在(zai)(zai)(zai)1712cm -1處(chu)(chu)(chu)(chu)發(fa)生。可(ke)分(fen)(fen)配(pei)1600-1650cm-1的(de)(de)帶(dai)C = O醌基(ji)(ji)(ji)(ji)。發(fa)現以(yi)下(xia)頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘(li)米-1為NB / NE，和(he)1641厘(li)米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常(chang)見頻(pin)帶(dai)尚未明(ming)確解釋。芳環(huan)拉(la)伸對(dui)被(bei)分(fen)(fen)配(pei)到(dao)高(gao)度(du)共軛(e)的(de)(de)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎(chu)上。在(zai)(zai)(zai)2900cm -1處(chu)(chu)(chu)(chu)的(de)(de)峰(feng)對(dui)應(ying)于(yu)以(yi)下(xia)官(guan)能(neng)團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)1700cm -一(yi)(yi)系列中等強度(du)的(de)(de)峰(feng)值可(ke)歸因(yin)于(yu)酮、酯、醛和(he)羧酸的(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)C = O和(he)C = C的(de)(de)伸長。在(zai)(zai)(zai)1038cm -1處(chu)(chu)(chu)(chu)， NE與(yu)酒精相(xiang)對(dui)應(ying)CO振動拉(la)伸峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚NE，NB和ML37活(huo)性(xing)炭實驗吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)數(shu)據℃在圖3中繪制。等(deng)溫線表示，NB*高吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量和*高吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量V MICO(厘(li)米3 /克(ke))，但由于微孔和吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力之間沒有線性(xing)關系ML以(yi)較低的(de)(de)價值呈(cheng)現類似(si)的(de)(de)值Vmicro(表 2)。結果表明，活(huo)性(xing)炭的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力與其結構(gou)性(xing)質(zhi)沒有簡單的(de)(de)關系。它還表明，碳表面(mian)化(hua)學被認為(wei)是稀(xi)釋水溶液(ye)中吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機制的(de)(de)重要因素(su)。

　　活性(xing)炭(tan)(tan)表面對乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚分(fen)子的(de)(de)壓(ya)實(shi)有(you)效(xiao)性(xing)與吸附位置的(de)(de)*佳(jia)分(fen)布有(you)關。乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚分(fen)子處于非離子狀態SGF活性(xing)炭(tan)(tan)表面顯示活性(xing)炭(tan)(tan)面積的(de)(de)測定NB> NE> ML順序(xu)有(you)更好(hao)的(de)(de)方向。原因可能是吸附的(de)(de)活性(xing)位點(dian)分(fen)別更好(hao)地分(fen)布在結構(gou)和功能平面上。

　　本(ben)研究報告的(de)(de)結果表明，活性(xing)炭(tan)ML可以(yi)設想為從SGF去除對(dui)乙酰氨基酚的(de)(de)替代吸(xi)附劑。ML與商業標準NB和NE沒有(you)明顯的(de)(de)差異。CO 2等溫線表明ML有(you)相(xiang)似(si)之(zhi)處NE圖案紋理的(de)(de)微孔(kong)材料。從三種(zhong)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)比較可以(yi)看出，微孔(kong)結構和表面化學性(xing)質在定義吸(xi)附能力(li)方(fang)面起(qi)著關鍵作用。

　　確定對乙酰(xian)氨基(ji)酚對SGF中活性炭的(de)吸(xi)附過(guo)程是(shi)自發的(de)(ΔG<0)。在(zai)大(da)多數情況(kuang)下(xia)，這(zhe)些(xie)模型與分(fen)析(xi)的(de)數據非常一致，這(zhe)取決于活性炭的(de)類型。對乙酰(xian)氨基(ji)酚的(de)吸(xi)附可能發生在(zai)特定部位和(he)基(ji)底區域。氧(yang)(yang)化(hua)過(guo)程雖然由氧(yang)(yang)表面團進行，但之前的(de)結果表明(ming)，不僅這(zhe)些(xie)氧(yang)(yang)基(ji)的(de)分(fen)布(bu)性質和(he)分(fen)布(bu)變得(de)非常重要。對乙酰(xian)氨基(ji)酚分(fen)子橫(heng)截面積的(de)估計表明(ming)是(shi)肯定的(de)。