活性炭對吡啶吸附的研究

　　吡啶(ding)是一(yi)種無(wu)色易燃液體，氣味(wei)難(nan)聞，廣泛(fan)用于制(zhi)造精細化(hua)學(xue)品（如藥物(wu)、維生(sheng)素、染料）、農業(ye)化(hua)學(xue)品等。因此(ci)，它(ta)在工業(ye)廢(fei)水中很常見，導致環境污染問題(ti)。這促使人們開發了一(yi)些去除水溶液中污染物(wu)的方(fang)法(fa)，如生(sheng)物(wu)降(jiang)解、臭(chou)氧化(hua)、吸(xi)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。活性炭是控制幾種芳香污染物（揮發性有機(ji)化合物、酚類(lei)、農藥和除(chu)草劑）的(de)*佳可行技術之一。此外，據(ju)報(bao)道(dao)，活性炭可以(yi)有效(xiao)地從水溶(rong)液中去除(chu)吡啶(ding)。

　　多孔(kong)(kong)材料的(de)整(zheng)體(ti)(ti)吸(xi)附速率包括三個連(lian)續步驟：外部質(zhi)量(liang)傳遞(di)、顆粒內擴(kuo)散(san)(san)和(he)(he)固體(ti)(ti)基(ji)質(zhi)活性位點的(de)吸(xi)附。顆粒內擴(kuo)散(san)(san)可(ke)能是由于(yu)孔(kong)(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)、表面(mian)擴(kuo)散(san)(san)或兩(liang)種機制的(de)組合。孔(kong)(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)是指流體(ti)(ti)相中濃度(du)(du)梯度(du)(du)(即分(fen)子(zi)機制)引(yin)起(qi)的(de)吸(xi)附物(wu)的(de)運(yun)動，但受多孔(kong)(kong)基(ji)質(zhi)幾(ji)何(he)形狀的(de)影(ying)(ying)響。孔(kong)(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)僅(jin)取決于(yu)分(fen)子(zi)擴(kuo)散(san)(san)系(xi)數(shu)和(he)(he)微尺度(du)(du)相的(de)空間分(fen)布。后一種概念定義了孔(kong)(kong)隙度(du)(du)和(he)(he)曲折度(du)(du)等多孔(kong)(kong)介質(zhi)的(de)幾(ji)何(he)特(te)性。表面(mian)擴(kuo)散(san)(san)是指被吸(xi)附物(wu)通過固體(ti)(ti)表面(mian)的(de)運(yun)動受到(dao)相分(fen)布的(de)影(ying)(ying)響； 表面(mian)濃度(du)(du)梯度(du)(du)是主(zhu)要(yao)驅(qu)動力。

　　在像活(huo)性(xing)(xing)炭這樣呈現層次結構的(de)(de)(de)(de)許(xu)多(duo)(duo)系統中，主要挑(tiao)戰(zhan)之(zhi)一是對便(bian)捷的(de)(de)(de)(de)觀察范圍的(de)(de)(de)(de)理論(lun)描(miao)述。因此，宏觀平(ping)均(jun)值(zhi)足以設計和(he)建模，但需要一種放大方法(fa)來(lai)考(kao)慮較小的(de)(de)(de)(de)物理尺寸。標準(zhun)程(cheng)序是多(duo)(duo)種運輸(shu)問題(ti)中使用的(de)(de)(de)(de)體積(ji)平(ping)均(jun)法(fa)。考(kao)慮到均(jun)相(xiang)(xiang)兩相(xiang)(xiang)多(duo)(duo)孔(kong)介質中的(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)等溫線(xian)，理論(lun)上升級(ji)了(le)溶(rong)質的(de)(de)(de)(de)擴散(san)和(he)吸附(fu)運輸(shu)，并(bing)報告了(le)用于(yu)預測有(you)效性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)關閉合問題(ti)。隨后，將散(san)裝和(he)表面反應的(de)(de)(de)(de)效果納(na)入(ru)包裝棉(mian)線(xian)染色的(de)(de)(de)(de)研究，并(bing)報告了(le)預測有(you)效性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)關問題(ti)。盡管如此，反應條件對有(you)效性(xing)(xing)（如有(you)效擴散(san)率）的(de)(de)(de)(de)影響尚不清楚，并(bing)在文獻中做了(le)一些(xie)努(nu)力來(lai)深入(ru)了(le)解(jie)這個問題(ti)。

　　本文從放大(da)過程的(de)(de)角度研究(jiu)了吡啶在活性炭上的(de)(de)吸附(fu)，并確定(ding)了相應(ying)的(de)(de)有效(xiao)(xiao)運輸性能(neng)。微(wei)(wei)觀尺(chi)度現象(xiang)是通過體積平均法研究(jiu)的(de)(de)。因(yin)此(ci)，獲(huo)得宏觀控制方(fang)程，以有效(xiao)(xiao)性表(biao)示。這些(xie)方(fang)程用于解釋實驗數據，預(yu)測(ce)孔隙和(he)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)有效(xiao)(xiao)擴散率(lv)。因(yin)此(ci)，假設微(wei)(wei)觀結(jie)構具有簡(jian)單的(de)(de)幾何形狀（圓柱體和(he)球體的(de)(de)有序介質）或從SEM(掃描電子顯(xian)微(wei)(wei)鏡)獲(huo)取顯(xian)微(wei)(wei)照(zhao)片處(chu)理的(de)(de)圖像。此(ci)外，作為粗(cu)略(lve)估計，報(bao)道了點(dian)表(biao)面(mian)(mian)擴散率(lv)。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形瓶作為分(fen)(fen)批吸(xi)附(fu)劑獲取實驗(yan)吸(xi)附(fu)平衡(heng)(heng)數(shu)據。將已(yi)知(zhi)負荷活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼龍網袋(dai)放入(ru)燒瓶中(zhong)(zhong)，然后加(jia)入(ru)吡啶(ding)(ding)溶液。恒(heng)溫持續攪(jiao)(jiao)拌(ban)是吸(xi)附(fu)過程。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)實驗(yan)吸(xi)附(fu)平衡(heng)(heng)數(shu)據如(ru)下。將具(ju)有1g 活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和480mL尼龍網袋(dai)(在(zai)吡啶(ding)(ding)溶液中(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)吸(xi)附(fu)器中(zhong)(zhong)加(jia)入(ru)已(yi)知(zhi)的(de)(de)(de)初始濃度(du)。在(zai)不同pH在(zai)溫度(du)下，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)進行(xing)了(le)15次(ci)實驗(yan)。粒度(du)分(fen)(fen)布(bu)分(fen)(fen)析(xi)(xi)了(le)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)量(liang)為0.001至0.27g范(fan)圍內的(de)(de)(de)變化。將活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品添加(jia)到(dao)溶解中(zhong)(zhong)SFG對乙酰氨(an)基酚(fen)(fen)溶液在(zai)室溫下(37).0±0.1℃)下以(yi)100rpm恒(heng)速攪(jiao)(jiao)拌(ban)保持4小時。然后過濾樣品5ml用于(yu)溶液提取物UV / VIS分(fen)(fen)析(xi)(xi)。對乙酰氨(an)基酚(fen)(fen)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)量(liang)通過質(zhi)量(liang)平衡(heng)(heng)計算。在(zai)濃度(du)分(fen)(fen)析(xi)(xi)中(zhong)(zhong)使用以(yi)前建立的(de)(de)(de)線性(xing)(xing)關系。對于(yu)高濃度(du)溶液，需要稀釋區域分(fen)(fen)析(xi)(xi)。將吸(xi)光度(du)讀(du)數(shu)從校準(zhun)曲線中(zhong)(zhong)取出，確定相應于(yu)等溫線中(zhong)(zhong)每(mei)個點的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)濃度(du)。平衡(heng)(heng)時的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能(neng)團的(de)鑒定

　　三(san)種活(huo)性炭(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)共(gong)同譜帶(dai)(dai)(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶(dai)(dai)(dai)屬于(yu)(yu)堿基(ji)-OH拉(la)(la)伸。2852和2921cm -1處(chu)的(de)峰值(zhi)是由(you)于(yu)(yu)脂族的(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和CH 三(san)基(ji)團預計1125cm -1處(chu)與羧(suo)基(ji)-OH基(ji)團有(you)關。樣(yang)品(pin)NB可分(fen)配(pei)給內酯(zhi)(zhi)基(ji)團的(de)1737顯示(shi)cm -一帶(dai)(dai)(dai)，在(zai)(zai)樣(yang)品(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根據(ju)報告，峰其可分(fen)配(pei)到(dao)內酯(zhi)(zhi)或非(fei)芳族羧(suo)基(ji)C = O拉(la)(la)伸在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發(fa)生(sheng)。可分(fen)配(pei)1600-1650cm-1的(de)帶(dai)(dai)(dai)C = O醌基(ji)。發(fa)現(xian)以(yi)下頻段：1652cm-1NE，1629厘(li)米-1為(wei)NB / NE，和1641厘(li)米-1為(wei)ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見(jian)頻帶(dai)(dai)(dai)尚未(wei)明確解釋。芳環拉(la)(la)伸對被分(fen)配(pei)到(dao)高度(du)(du)共(gong)軛的(de)基(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)的(de)峰對應(ying)于(yu)(yu)以(yi)下官能團：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和1700cm -一系(xi)列中(zhong)等強度(du)(du)的(de)峰值(zhi)可歸(gui)因于(yu)(yu)酮、酯(zhi)(zhi)、醛和羧(suo)酸的(de)存在(zai)(zai)C = O和C = C的(de)伸長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對應(ying)CO振動(dong)拉(la)(la)伸峰。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚(fen)NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭實驗吸(xi)(xi)附(fu)(fu)數據℃在圖(tu)3中繪制(zhi)。等(deng)溫線表(biao)示(shi)，NB*高吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容量和(he)*高吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容量V MICO(厘米3 /克)，但(dan)由(you)于微孔和(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)之間沒有線性(xing)關(guan)系ML以較低(di)的價值呈(cheng)現類似(si)的值Vmicro(表(biao) 2)。結果表(biao)明，活性(xing)炭的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)與其(qi)結構(gou)性(xing)質沒有簡單的關(guan)系。它還表(biao)明，碳表(biao)面化學被(bei)認為是(shi)稀釋水(shui)溶液中吸(xi)(xi)附(fu)(fu)機制(zhi)的重要因素(su)。

　　活(huo)性炭(tan)表面對乙(yi)酰氨(an)基酚分(fen)子(zi)(zi)的壓實有效性與吸(xi)附位(wei)置的*佳分(fen)布有關。乙(yi)酰氨(an)基酚分(fen)子(zi)(zi)處于(yu)非離子(zi)(zi)狀態(tai)SGF活(huo)性炭(tan)表面顯示(shi)活(huo)性炭(tan)面積(ji)的測定NB> NE> ML順序有更好(hao)的方向。原因(yin)可(ke)能是(shi)吸(xi)附的活(huo)性位(wei)點分(fen)別更好(hao)地分(fen)布在結(jie)構(gou)和功能平面上(shang)。

　　本研究報告的(de)結果表(biao)明(ming)(ming)，活性(xing)炭ML可(ke)以設想為(wei)從SGF去除對(dui)乙(yi)酰(xian)氨基酚(fen)的(de)替(ti)代吸(xi)附劑。ML與商(shang)業(ye)標準NB和NE沒有(you)明(ming)(ming)顯的(de)差異(yi)。CO 2等溫線表(biao)明(ming)(ming)ML有(you)相似之處(chu)NE圖(tu)案紋理(li)的(de)微(wei)(wei)孔材料。從三種活性(xing)炭的(de)比較可(ke)以看出，微(wei)(wei)孔結構和表(biao)面(mian)化學性(xing)質(zhi)在定義(yi)吸(xi)附能(neng)力方(fang)面(mian)起(qi)著關鍵(jian)作用(yong)。

　　確定對(dui)(dui)乙酰(xian)(xian)氨基(ji)(ji)酚(fen)(fen)對(dui)(dui)SGF中活(huo)(huo)性炭的(de)吸(xi)附(fu)過(guo)程(cheng)是(shi)自發的(de)(ΔG<0)。在大多數情況(kuang)下，這(zhe)些模型與分(fen)析(xi)的(de)數據非常一致，這(zhe)取決(jue)于(yu)活(huo)(huo)性炭的(de)類型。對(dui)(dui)乙酰(xian)(xian)氨基(ji)(ji)酚(fen)(fen)的(de)吸(xi)附(fu)可能發生在特定部位和(he)基(ji)(ji)底區域。氧化(hua)過(guo)程(cheng)雖然由(you)氧表面(mian)團進(jin)行(xing)，但之前的(de)結果表明，不僅這(zhe)些氧基(ji)(ji)的(de)分(fen)布性質和(he)分(fen)布變得非常重(zhong)要(yao)。對(dui)(dui)乙酰(xian)(xian)氨基(ji)(ji)酚(fen)(fen)分(fen)子(zi)橫截面(mian)積的(de)估計(ji)表明是(shi)肯定的(de)。