活性炭對吡啶吸(xi)附的研究(jiu)

　　吡啶是一(yi)種(zhong)無色易燃液體，氣味難聞，廣泛用于制造(zao)精(jing)細化學品（如藥(yao)物(wu)、維生(sheng)素、染(ran)(ran)料）、農業(ye)化學品等。因此，它在工(gong)業(ye)廢(fei)水中很(hen)常見(jian)，導致環(huan)境污(wu)(wu)染(ran)(ran)問(wen)題(ti)。這促使(shi)人們開發(fa)了(le)一(yi)些去(qu)除水溶液中污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)的方(fang)法，如生(sheng)物(wu)降(jiang)解、臭氧化、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。活性炭是控制幾種芳(fang)香污染物（揮發性(xing)有(you)機(ji)化(hua)合物、酚類、農藥和除草劑）的*佳可(ke)行技術(shu)之(zhi)一。此外，據報道(dao)，活性(xing)炭可(ke)以有(you)效地從水溶液中去除吡啶。

　　多孔(kong)(kong)(kong)材料的(de)(de)整(zheng)體(ti)吸附速率(lv)包括三(san)個(ge)連續步驟：外(wai)部質量傳遞、顆(ke)(ke)粒(li)(li)內擴(kuo)散(san)(san)和(he)固體(ti)基(ji)質活性位(wei)點的(de)(de)吸附。顆(ke)(ke)粒(li)(li)內擴(kuo)散(san)(san)可能是由于孔(kong)(kong)(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)、表(biao)面擴(kuo)散(san)(san)或(huo)兩(liang)種機(ji)制的(de)(de)組合(he)。孔(kong)(kong)(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)是指流(liu)體(ti)相(xiang)中濃度(du)(du)梯度(du)(du)(即(ji)分子(zi)機(ji)制)引起(qi)的(de)(de)吸附物的(de)(de)運動(dong)，但(dan)受多孔(kong)(kong)(kong)基(ji)質幾(ji)(ji)何形(xing)狀的(de)(de)影響。孔(kong)(kong)(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)僅取決于分子(zi)擴(kuo)散(san)(san)系數和(he)微(wei)尺(chi)度(du)(du)相(xiang)的(de)(de)空間分布。后一種概念(nian)定義了(le)孔(kong)(kong)(kong)隙度(du)(du)和(he)曲折度(du)(du)等多孔(kong)(kong)(kong)介質的(de)(de)幾(ji)(ji)何特(te)性。表(biao)面擴(kuo)散(san)(san)是指被吸附物通過(guo)固體(ti)表(biao)面的(de)(de)運動(dong)受到相(xiang)分布的(de)(de)影響； 表(biao)面濃度(du)(du)梯度(du)(du)是主要驅動(dong)力。

　　在像(xiang)活(huo)性(xing)(xing)炭這樣呈現層(ceng)次結構(gou)的許多(duo)系統中，主要(yao)挑戰之一(yi)(yi)是對便捷的觀察范圍(wei)的理(li)(li)論描述(shu)。因(yin)此，宏(hong)觀平均(jun)值足(zu)以設計和建模，但需要(yao)一(yi)(yi)種放大(da)方法(fa)來考慮(lv)較小的物理(li)(li)尺寸。標準程序是多(duo)種運(yun)輸問(wen)題中使用(yong)的體積(ji)平均(jun)法(fa)。考慮(lv)到均(jun)相兩(liang)相多(duo)孔介質中的線(xian)(xian)性(xing)(xing)等溫線(xian)(xian)，理(li)(li)論上(shang)升級了溶質的擴散和吸附運(yun)輸，并報告(gao)了用(yong)于預(yu)測(ce)有(you)效(xiao)性(xing)(xing)的相關閉合問(wen)題。隨(sui)后，將散裝(zhuang)和表面反應(ying)的效(xiao)果納入包裝(zhuang)棉線(xian)(xian)染色的研究，并報告(gao)了預(yu)測(ce)有(you)效(xiao)性(xing)(xing)的相關問(wen)題。盡(jin)管如此，反應(ying)條件對有(you)效(xiao)性(xing)(xing)（如有(you)效(xiao)擴散率）的影響尚不清楚，并在文(wen)獻中做了一(yi)(yi)些努力來深入了解這個問(wen)題。

　　本文從放大過程的(de)(de)(de)(de)角(jiao)度研究了吡啶在活性炭上(shang)的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)，并確(que)定了相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)效(xiao)運輸性能。微(wei)(wei)(wei)觀尺度現象是通過體積平均法研究的(de)(de)(de)(de)。因此，獲得宏觀控制方(fang)程，以(yi)有(you)(you)(you)效(xiao)性表示。這(zhe)些方(fang)程用(yong)于解釋實驗數(shu)據(ju)，預測孔隙和(he)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)效(xiao)擴(kuo)(kuo)散(san)率。因此，假設微(wei)(wei)(wei)觀結構(gou)具有(you)(you)(you)簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)幾何形狀（圓柱體和(he)球體的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)序介質）或從SEM(掃描(miao)電子顯(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)鏡)獲取顯(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)照片處(chu)理的(de)(de)(de)(de)圖像。此外，作(zuo)為粗略(lve)估計，報道了點(dian)表面(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐(zhui)形瓶作為分批(pi)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)獲取(qu)實(shi)驗(yan)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)平(ping)(ping)衡(heng)數據(ju)。將已知負(fu)荷活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)尼龍網袋放(fang)入燒瓶中(zhong)(zhong)，然(ran)后加入吡(bi)啶溶(rong)液。恒溫持續攪(jiao)拌(ban)是吸(xi)附(fu)(fu)(fu)過(guo)程。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上吡(bi)啶的(de)(de)實(shi)驗(yan)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)平(ping)(ping)衡(heng)數據(ju)如(ru)下(xia)。將具有1g 活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和480mL尼龍網袋(在(zai)吡(bi)啶溶(rong)液中(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批(pi)量(liang)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)器中(zhong)(zhong)加入已知的(de)(de)初始濃(nong)度(du)(du)。在(zai)不同(tong)pH在(zai)溫度(du)(du)下(xia)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上吡(bi)啶的(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)進行(xing)了15次實(shi)驗(yan)。粒度(du)(du)分布分析了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)量(liang)為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)變(bian)化(hua)。將活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品添加到溶(rong)解中(zhong)(zhong)SFG對乙酰(xian)氨基酚溶(rong)液在(zai)室溫下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以(yi)100rpm恒速攪(jiao)拌(ban)保持4小時。然(ran)后過(guo)濾樣(yang)(yang)品5ml用于溶(rong)液提取(qu)物UV / VIS分析。對乙酰(xian)氨基酚的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)量(liang)通過(guo)質量(liang)平(ping)(ping)衡(heng)計算(suan)。在(zai)濃(nong)度(du)(du)分析中(zhong)(zhong)使用以(yi)前(qian)建立的(de)(de)線(xian)(xian)性(xing)(xing)關(guan)系。對于高濃(nong)度(du)(du)溶(rong)液，需要稀釋區域分析。將吸(xi)光度(du)(du)讀數從校準曲(qu)線(xian)(xian)中(zhong)(zhong)取(qu)出(chu)，確定相(xiang)應(ying)于等溫線(xian)(xian)中(zhong)(zhong)每個點的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)濃(nong)度(du)(du)。平(ping)(ping)衡(heng)時的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活(huo)性炭表面官能團的鑒定

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)(he)(he)1125cm -1)的(de)(de)共同(tong)譜帶(dai)(dai)(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)(zhong)的(de)(de)帶(dai)(dai)(dai)屬于堿基(ji)(ji)-OH拉伸。2852和(he)(he)(he)2921cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)是由于脂族(zu)的(de)(de)存在(zai)CH，CH 2和(he)(he)(he)CH 三基(ji)(ji)團(tuan)預計1125cm -1處(chu)(chu)與羧基(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)團(tuan)有關。樣品(pin)NB可(ke)分配(pei)給內酯基(ji)(ji)團(tuan)的(de)(de)1737顯示(shi)cm -一帶(dai)(dai)(dai)，在(zai)樣品(pin)中(zhong)(zhong)NE中(zhong)(zhong)，在(zai)1710cm -根據報告，峰(feng)(feng)(feng)其可(ke)分配(pei)到內酯或非芳族(zu)羧基(ji)(ji)C = O拉伸在(zai)1712cm -1處(chu)(chu)發(fa)生(sheng)。可(ke)分配(pei)1600-1650cm-1的(de)(de)帶(dai)(dai)(dai)C = O醌基(ji)(ji)。發(fa)現以下頻段(duan)：1652cm-1NE，1629厘(li)(li)米-1為(wei)NB / NE，和(he)(he)(he)1641厘(li)(li)米-1為(wei)ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常見頻帶(dai)(dai)(dai)尚未明(ming)確解(jie)釋。芳環拉伸對被(bei)分配(pei)到高度(du)共軛的(de)(de)基(ji)(ji)礎上。在(zai)2900cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)(feng)對應(ying)于以下官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)(he)(he)1700cm -一系列中(zhong)(zhong)等強度(du)的(de)(de)峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)可(ke)歸因于酮、酯、醛和(he)(he)(he)羧酸的(de)(de)存在(zai)C = O和(he)(he)(he)C = C的(de)(de)伸長。在(zai)1038cm -1處(chu)(chu)， NE與酒精相對應(ying)CO振(zhen)動拉伸峰(feng)(feng)(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭(tan)實驗吸(xi)附(fu)數據℃在圖3中(zhong)繪(hui)制。等溫(wen)線(xian)表(biao)示，NB*高(gao)吸(xi)附(fu)容量和(he)*高(gao)吸(xi)附(fu)容量V MICO(厘(li)米3 /克)，但由于微孔和(he)吸(xi)附(fu)能力之間沒(mei)(mei)有(you)線(xian)性(xing)關(guan)系ML以較低的(de)價值呈現類似(si)的(de)值Vmicro(表(biao) 2)。結(jie)果(guo)表(biao)明，活性(xing)炭(tan)的(de)吸(xi)附(fu)能力與其結(jie)構性(xing)質沒(mei)(mei)有(you)簡單的(de)關(guan)系。它還表(biao)明，碳表(biao)面化學被(bei)認(ren)為(wei)是稀(xi)釋水溶液中(zhong)吸(xi)附(fu)機(ji)制的(de)重要因素。

　　活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)對乙(yi)酰氨基酚(fen)分子的(de)(de)(de)壓實有效性(xing)與吸附位(wei)置的(de)(de)(de)*佳分布有關。乙(yi)酰氨基酚(fen)分子處于非離(li)子狀態SGF活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)顯示活(huo)性(xing)炭(tan)面(mian)積的(de)(de)(de)測定NB> NE> ML順序(xu)有更好(hao)的(de)(de)(de)方向。原(yuan)因可能是(shi)吸附的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)位(wei)點分別更好(hao)地分布在結構和功能平面(mian)上(shang)。

　　本研究報告的(de)結果表明，活性(xing)(xing)炭ML可以設想(xiang)為從(cong)SGF去除(chu)對乙酰氨基酚的(de)替代吸(xi)附劑(ji)。ML與商業標準NB和(he)NE沒有明顯的(de)差(cha)異。CO 2等溫(wen)線表明ML有相似(si)之處NE圖案紋理(li)的(de)微(wei)孔材料。從(cong)三種活性(xing)(xing)炭的(de)比(bi)較可以看出，微(wei)孔結構和(he)表面(mian)化學性(xing)(xing)質在(zai)定義(yi)吸(xi)附能力方(fang)面(mian)起著(zhu)關(guan)鍵作(zuo)用。

　　確定對(dui)(dui)乙(yi)(yi)酰(xian)氨基(ji)酚(fen)對(dui)(dui)SGF中(zhong)活(huo)性炭(tan)(tan)的吸附(fu)過(guo)程(cheng)(cheng)是自發的(ΔG<0)。在大多數情(qing)況下，這些模(mo)型與分(fen)析的數據非常一(yi)致(zhi)，這取決于活(huo)性炭(tan)(tan)的類型。對(dui)(dui)乙(yi)(yi)酰(xian)氨基(ji)酚(fen)的吸附(fu)可能(neng)發生在特定部位和(he)基(ji)底區域。氧(yang)化過(guo)程(cheng)(cheng)雖然由氧(yang)表面團進行，但之前的結果表明，不僅(jin)這些氧(yang)基(ji)的分(fen)布性質(zhi)和(he)分(fen)布變得非常重要。對(dui)(dui)乙(yi)(yi)酰(xian)氨基(ji)酚(fen)分(fen)子(zi)橫截面積的估計表明是肯定的。