活性炭(tan)對吡啶吸附的研究

　　吡啶(ding)是一種無色易(yi)燃液體，氣味難聞，廣泛用(yong)于(yu)制造精細化(hua)學(xue)品(pin)（如藥物(wu)(wu)(wu)、維生素、染料）、農業化(hua)學(xue)品(pin)等(deng)。因此，它在工(gong)業廢水(shui)中很常見，導致環境污染問(wen)題。這促(cu)使人們開發(fa)了一些去除水(shui)溶液中污染物(wu)(wu)(wu)的方法，如生物(wu)(wu)(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。活性炭是控制(zhi)幾(ji)種(zhong)芳香污染(ran)物（揮發性有機(ji)化合物、酚(fen)類(lei)、農藥(yao)和(he)除草劑）的*佳可行技術之一。此外，據(ju)報道，活(huo)性炭可以有效地從水溶液中(zhong)去除吡啶。

　　多孔(kong)(kong)材(cai)料(liao)的(de)整體吸(xi)附(fu)(fu)速率包(bao)括三個連續步(bu)驟：外部質(zhi)量傳(chuan)遞、顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)和固體基質(zhi)活(huo)性(xing)位點的(de)吸(xi)附(fu)(fu)。顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)可能是由(you)于(yu)孔(kong)(kong)體積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)、表面(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)或(huo)兩種(zhong)機制的(de)組合。孔(kong)(kong)體積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)是指流體相(xiang)中(zhong)濃度(du)梯(ti)度(du)(即分(fen)子機制)引起(qi)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)物的(de)運動，但受多孔(kong)(kong)基質(zhi)幾(ji)何形狀的(de)影響(xiang)。孔(kong)(kong)體積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)僅取決于(yu)分(fen)子擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)系數和微尺度(du)相(xiang)的(de)空(kong)間分(fen)布(bu)。后(hou)一種(zhong)概念(nian)定義了(le)孔(kong)(kong)隙度(du)和曲折度(du)等多孔(kong)(kong)介(jie)質(zhi)的(de)幾(ji)何特(te)性(xing)。表面(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)是指被吸(xi)附(fu)(fu)物通過固體表面(mian)的(de)運動受到(dao)相(xiang)分(fen)布(bu)的(de)影響(xiang)； 表面(mian)濃度(du)梯(ti)度(du)是主要驅動力。

　　在像活性(xing)(xing)炭這(zhe)樣呈現層次結構的(de)(de)(de)(de)許(xu)多(duo)系統(tong)中，主要挑(tiao)戰(zhan)之一(yi)是對(dui)便捷(jie)的(de)(de)(de)(de)觀察范圍的(de)(de)(de)(de)理論(lun)描述。因(yin)此，宏觀平均值(zhi)足以(yi)設計(ji)和(he)建(jian)模，但需要一(yi)種放大方法來考慮(lv)較小的(de)(de)(de)(de)物理尺寸(cun)。標準程序是多(duo)種運輸(shu)問(wen)題中使用的(de)(de)(de)(de)體積平均法。考慮(lv)到均相兩相多(duo)孔介質中的(de)(de)(de)(de)線性(xing)(xing)等(deng)溫線，理論(lun)上升級(ji)了溶質的(de)(de)(de)(de)擴散(san)和(he)吸附運輸(shu)，并(bing)報告了用于預測(ce)有效(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)相關閉合問(wen)題。隨后，將散(san)裝(zhuang)和(he)表(biao)面反應的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果納入(ru)包裝(zhuang)棉線染色的(de)(de)(de)(de)研究，并(bing)報告了預測(ce)有效(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)相關問(wen)題。盡管(guan)如此，反應條件對(dui)有效(xiao)性(xing)(xing)（如有效(xiao)擴散(san)率）的(de)(de)(de)(de)影響尚不清楚，并(bing)在文獻中做了一(yi)些(xie)努力(li)來深入(ru)了解(jie)這(zhe)個(ge)問(wen)題。

　　本(ben)文從放大過(guo)程(cheng)(cheng)的角度研究了(le)吡啶在活性(xing)炭上的吸(xi)附，并確(que)定了(le)相應的有效(xiao)運輸性(xing)能。微(wei)觀尺度現象是通(tong)過(guo)體(ti)積平均(jun)法研究的。因此，獲得宏觀控制方程(cheng)(cheng)，以有效(xiao)性(xing)表(biao)示。這些方程(cheng)(cheng)用(yong)于(yu)解釋實驗數據，預(yu)測孔(kong)隙(xi)和(he)表(biao)面的有效(xiao)擴(kuo)散(san)率。因此，假(jia)設微(wei)觀結構具(ju)有簡單的幾何形狀（圓柱體(ti)和(he)球體(ti)的有序介質）或從SEM(掃(sao)描電子顯微(wei)鏡(jing))獲取顯微(wei)照(zhao)片處理的圖(tu)像。此外(wai)，作為(wei)粗(cu)略(lve)估(gu)計，報(bao)道(dao)了(le)點(dian)表(biao)面擴(kuo)散(san)率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形瓶(ping)作為分(fen)(fen)(fen)(fen)批吸(xi)附(fu)(fu)劑獲取(qu)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)吸(xi)附(fu)(fu)平衡(heng)(heng)數據。將(jiang)(jiang)已知負(fu)荷活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)尼龍網袋(dai)放入燒瓶(ping)中(zhong)，然后加(jia)入吡(bi)啶溶液(ye)。恒(heng)溫(wen)(wen)(wen)持續攪(jiao)拌是吸(xi)附(fu)(fu)過(guo)程(cheng)。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)上吡(bi)啶的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)吸(xi)附(fu)(fu)平衡(heng)(heng)數據如(ru)下。將(jiang)(jiang)具有(you)1g 活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和(he)480mL尼龍網袋(dai)(在(zai)吡(bi)啶溶液(ye)中(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)(liang)吸(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)加(jia)入已知的(de)(de)(de)初始(shi)濃度(du)。在(zai)不同(tong)pH在(zai)溫(wen)(wen)(wen)度(du)下，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)上吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)進行了15次實(shi)(shi)驗(yan)(yan)。粒度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)了活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)變化(hua)。將(jiang)(jiang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品添加(jia)到溶解(jie)中(zhong)SFG對乙酰(xian)氨基酚溶液(ye)在(zai)室溫(wen)(wen)(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒(heng)速攪(jiao)拌保持4小時(shi)(shi)。然后過(guo)濾(lv)樣品5ml用于溶液(ye)提取(qu)物UV / VIS分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)。對乙酰(xian)氨基酚的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)量(liang)(liang)通(tong)過(guo)質量(liang)(liang)平衡(heng)(heng)計(ji)算。在(zai)濃度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)中(zhong)使用以前建立的(de)(de)(de)線(xian)(xian)性(xing)關系(xi)。對于高濃度(du)溶液(ye)，需要稀釋區域分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)。將(jiang)(jiang)吸(xi)光度(du)讀數從校準曲線(xian)(xian)中(zhong)取(qu)出，確定相應于等溫(wen)(wen)(wen)線(xian)(xian)中(zhong)每個(ge)點的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)濃度(du)。平衡(heng)(heng)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)量(liang)(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表面(mian)官能團(tuan)的鑒定(ding)

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的(de)(de)共同(tong)譜帶(dai)(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)帶(dai)(dai)屬于(yu)(yu)堿基(ji)(ji)(ji)(ji)-OH拉(la)(la)伸。2852和(he)(he)2921cm -1處(chu)的(de)(de)峰值是(shi)由于(yu)(yu)脂族的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三(san)基(ji)(ji)(ji)(ji)團(tuan)預計1125cm -1處(chu)與羧基(ji)(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)(ji)團(tuan)有關。樣(yang)品(pin)NB可(ke)(ke)分配(pei)給內酯(zhi)基(ji)(ji)(ji)(ji)團(tuan)的(de)(de)1737顯(xian)示cm -一(yi)帶(dai)(dai)，在(zai)(zai)樣(yang)品(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根(gen)據報(bao)告，峰其(qi)可(ke)(ke)分配(pei)到內酯(zhi)或非(fei)芳族羧基(ji)(ji)(ji)(ji)C = O拉(la)(la)伸在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發(fa)生。可(ke)(ke)分配(pei)1600-1650cm-1的(de)(de)帶(dai)(dai)C = O醌(kun)基(ji)(ji)(ji)(ji)。發(fa)現以下頻(pin)(pin)段：1652cm-1NE，1629厘(li)米-1為(wei)NB / NE，和(he)(he)1641厘(li)米-1為(wei)ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常見頻(pin)(pin)帶(dai)(dai)尚(shang)未明確解(jie)釋。芳環拉(la)(la)伸對被分配(pei)到高度(du)共軛的(de)(de)基(ji)(ji)(ji)(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)峰對應于(yu)(yu)以下官(guan)能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數(shu)1400和(he)(he)1700cm -一(yi)系列中(zhong)等(deng)強度(du)的(de)(de)峰值可(ke)(ke)歸(gui)因(yin)于(yu)(yu)酮(tong)、酯(zhi)、醛和(he)(he)羧酸(suan)的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)C = O和(he)(he)C = C的(de)(de)伸長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒(jiu)精(jing)相對應CO振動(dong)拉(la)(la)伸峰。

　　平衡等溫線

　　對乙(yi)酰氨基(ji)酚NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭(tan)實驗(yan)吸(xi)附(fu)數據℃在圖3中(zhong)繪制(zhi)。等溫(wen)線表(biao)(biao)示，NB*高吸(xi)附(fu)容量(liang)和(he)*高吸(xi)附(fu)容量(liang)V MICO(厘米3 /克)，但(dan)由(you)于微(wei)孔(kong)和(he)吸(xi)附(fu)能力之(zhi)間(jian)沒(mei)有線性(xing)關系ML以(yi)較低(di)的價值(zhi)呈現類似(si)的值(zhi)Vmicro(表(biao)(biao) 2)。結果表(biao)(biao)明，活性(xing)炭(tan)的吸(xi)附(fu)能力與(yu)其(qi)結構性(xing)質沒(mei)有簡(jian)單的關系。它還(huan)表(biao)(biao)明，碳表(biao)(biao)面化學被認為是稀(xi)釋水溶液中(zhong)吸(xi)附(fu)機制(zhi)的重(zhong)要因素。

　　活(huo)(huo)性炭表(biao)面(mian)對乙(yi)酰氨(an)基酚(fen)分(fen)子的(de)(de)壓實有(you)(you)效(xiao)性與吸附位(wei)置的(de)(de)*佳分(fen)布有(you)(you)關。乙(yi)酰氨(an)基酚(fen)分(fen)子處于非離子狀態SGF活(huo)(huo)性炭表(biao)面(mian)顯(xian)示活(huo)(huo)性炭面(mian)積(ji)的(de)(de)測定NB> NE> ML順序(xu)有(you)(you)更(geng)好的(de)(de)方向。原因可能是吸附的(de)(de)活(huo)(huo)性位(wei)點分(fen)別(bie)更(geng)好地分(fen)布在結構和功能平面(mian)上。

　　本研究報告的(de)結果表明(ming)，活性(xing)(xing)炭ML可以(yi)設想(xiang)為從SGF去(qu)除對乙酰氨基酚的(de)替代吸附(fu)劑。ML與商(shang)業標準(zhun)NB和NE沒有明(ming)顯的(de)差異(yi)。CO 2等溫線表明(ming)ML有相似之處NE圖案紋理的(de)微孔(kong)材料。從三種活性(xing)(xing)炭的(de)比較可以(yi)看出，微孔(kong)結構和表面化學性(xing)(xing)質在(zai)定(ding)義(yi)吸附(fu)能(neng)力方面起著關鍵(jian)作用。

　　確定(ding)(ding)對(dui)乙酰氨(an)基(ji)酚(fen)對(dui)SGF中(zhong)活(huo)性炭的(de)吸(xi)附過程是自發的(de)(ΔG<0)。在大(da)多數情(qing)況下，這些模(mo)型與分析的(de)數據非常(chang)一致，這取決于活(huo)性炭的(de)類型。對(dui)乙酰氨(an)基(ji)酚(fen)的(de)吸(xi)附可能(neng)發生在特定(ding)(ding)部位和基(ji)底區域。氧(yang)化過程雖(sui)然由氧(yang)表(biao)面團進行(xing)，但之前的(de)結果表(biao)明(ming)(ming)，不僅(jin)這些氧(yang)基(ji)的(de)分布(bu)性質和分布(bu)變得非常(chang)重要。對(dui)乙酰氨(an)基(ji)酚(fen)分子(zi)橫(heng)截面積的(de)估計表(biao)明(ming)(ming)是肯定(ding)(ding)的(de)。