活性炭對(dui)吡啶吸附的研究

　　吡啶是(shi)一(yi)種無色易燃液(ye)(ye)體，氣味(wei)難聞(wen)，廣泛(fan)用于(yu)制(zhi)造精細化學品(pin)（如(ru)藥物(wu)、維生素(su)、染料）、農(nong)業化學品(pin)等。因(yin)此，它(ta)在工業廢(fei)水(shui)中(zhong)很常見(jian)，導致環境污染問題(ti)。這促(cu)使人們開發(fa)了(le)一(yi)些(xie)去除水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)污染物(wu)的方(fang)法，如(ru)生物(wu)降解、臭氧化、吸附等。

　　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(fang)香(xiang)污染(ran)物(wu)（揮發性有(you)機化合物(wu)、酚(fen)類、農藥和除草劑）的*佳可行技術之(zhi)一。此外，據報道，活性炭可以有(you)效地從水溶液(ye)中去除吡(bi)啶。

　　多(duo)孔材料的整(zheng)體(ti)吸附速率(lv)包括三個(ge)連續步驟(zou)：外部質(zhi)量傳遞、顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)散(san)(san)和(he)固體(ti)基質(zhi)活(huo)性(xing)位點(dian)的吸附。顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)散(san)(san)可能是由(you)于孔體(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)、表面擴(kuo)(kuo)散(san)(san)或兩(liang)種(zhong)機制(zhi)的組合(he)。孔體(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)是指(zhi)流體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中濃(nong)度(du)梯度(du)(即分(fen)子機制(zhi))引起的吸附物的運動(dong)，但受(shou)多(duo)孔基質(zhi)幾何(he)形狀的影響。孔體(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)僅取決于分(fen)子擴(kuo)(kuo)散(san)(san)系(xi)數和(he)微尺度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)的空間分(fen)布。后(hou)一種(zhong)概念定(ding)義了(le)孔隙(xi)度(du)和(he)曲折度(du)等(deng)多(duo)孔介質(zhi)的幾何(he)特性(xing)。表面擴(kuo)(kuo)散(san)(san)是指(zhi)被(bei)吸附物通過固體(ti)表面的運動(dong)受(shou)到相(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)布的影響； 表面濃(nong)度(du)梯度(du)是主要(yao)驅(qu)動(dong)力。

　　在像活性(xing)炭(tan)這樣呈現層次結構的(de)(de)(de)(de)(de)許(xu)多系統中(zhong)，主(zhu)要挑戰之一是對便捷的(de)(de)(de)(de)(de)觀察范圍的(de)(de)(de)(de)(de)理論描述(shu)。因此(ci)，宏觀平均(jun)值足以設計和(he)建(jian)模，但需要一種(zhong)放大方法來考(kao)(kao)慮(lv)較小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)物理尺寸。標(biao)準程序是多種(zhong)運輸問(wen)題(ti)中(zhong)使用的(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)積(ji)平均(jun)法。考(kao)(kao)慮(lv)到均(jun)相(xiang)兩相(xiang)多孔(kong)介質中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)線性(xing)等溫線，理論上升級了(le)溶質的(de)(de)(de)(de)(de)擴散和(he)吸附運輸，并報告(gao)了(le)用于預(yu)測(ce)(ce)有(you)效(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關閉(bi)合問(wen)題(ti)。隨(sui)后，將散裝和(he)表(biao)面反應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)果納入(ru)包裝棉線染(ran)色的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究，并報告(gao)了(le)預(yu)測(ce)(ce)有(you)效(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關問(wen)題(ti)。盡管如(ru)此(ci)，反應(ying)條件對有(you)效(xiao)性(xing)（如(ru)有(you)效(xiao)擴散率(lv)）的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)尚不清楚，并在文(wen)獻中(zhong)做(zuo)了(le)一些努力來深入(ru)了(le)解這個問(wen)題(ti)。

　　本文從放(fang)大(da)過程(cheng)的(de)(de)角(jiao)度研究(jiu)了吡啶在活性(xing)(xing)炭上的(de)(de)吸(xi)附(fu)，并確定了相應的(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)運輸性(xing)(xing)能。微(wei)(wei)(wei)觀尺(chi)度現象是通過體積平(ping)均法研究(jiu)的(de)(de)。因(yin)此(ci)，獲得宏觀控制方(fang)程(cheng)，以有(you)效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)表示。這些方(fang)程(cheng)用于解釋實驗數據，預(yu)測(ce)孔(kong)隙和表面(mian)的(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)擴散率。因(yin)此(ci)，假設微(wei)(wei)(wei)觀結構具有(you)簡單的(de)(de)幾何(he)形狀（圓柱體和球(qiu)體的(de)(de)有(you)序介(jie)質）或(huo)從SEM(掃描(miao)電(dian)子顯微(wei)(wei)(wei)鏡)獲取顯微(wei)(wei)(wei)照(zhao)片處理的(de)(de)圖像(xiang)。此(ci)外，作(zuo)為粗略(lve)估(gu)計，報(bao)道(dao)了點表面(mian)擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使(shi)用(yong)500mL錐形瓶作(zuo)為分(fen)(fen)批(pi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑獲(huo)取實驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)(ping)衡(heng)數據。將(jiang)已知(zhi)負荷(he)活性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)尼龍(long)網(wang)袋(dai)放入燒(shao)瓶中(zhong)，然后加(jia)(jia)入吡(bi)啶溶(rong)液。恒溫(wen)持續(xu)攪拌(ban)是(shi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)過程。活性(xing)(xing)(xing)炭上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)實驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)(ping)衡(heng)數據如下(xia)。將(jiang)具(ju)有1g 活性(xing)(xing)(xing)炭和480mL尼龍(long)網(wang)袋(dai)(在(zai)吡(bi)啶溶(rong)液中(zhong))pH = 在(zai)批(pi)量(liang)(liang)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)加(jia)(jia)入已知(zhi)的(de)(de)初始濃(nong)度(du)(du)。在(zai)不(bu)同pH在(zai)溫(wen)度(du)(du)下(xia)，活性(xing)(xing)(xing)炭上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭進行了(le)15次(ci)實驗(yan)。粒度(du)(du)分(fen)(fen)布分(fen)(fen)析了(le)活性(xing)(xing)(xing)炭樣品。活性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)量(liang)(liang)為0.001至0.27g范(fan)圍(wei)內(nei)的(de)(de)變化。將(jiang)活性(xing)(xing)(xing)炭樣品添加(jia)(jia)到溶(rong)解中(zhong)SFG對乙酰(xian)氨基酚溶(rong)液在(zai)室溫(wen)下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以100rpm恒速攪拌(ban)保持4小(xiao)時(shi)。然后過濾樣品5ml用(yong)于溶(rong)液提(ti)取物UV / VIS分(fen)(fen)析。對乙酰(xian)氨基酚的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)(liang)通過質量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)計算。在(zai)濃(nong)度(du)(du)分(fen)(fen)析中(zhong)使(shi)用(yong)以前(qian)建立(li)的(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)(xing)關系。對于高濃(nong)度(du)(du)溶(rong)液，需要稀釋區域分(fen)(fen)析。將(jiang)吸(xi)(xi)(xi)(xi)光度(du)(du)讀數從校(xiao)準(zhun)曲線(xian)中(zhong)取出，確定相應于等溫(wen)線(xian)中(zhong)每個點的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)濃(nong)度(du)(du)。平(ping)(ping)衡(heng)時(shi)的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表面(mian)官能團(tuan)的鑒(jian)定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)共(gong)同譜(pu)帶(dai)(dai)(dai)(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶(dai)(dai)(dai)(dai)屬(shu)于(yu)堿基(ji)-OH拉(la)伸(shen)。2852和2921cm -1處的(de)峰(feng)值(zhi)是由(you)于(yu)脂(zhi)族的(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和CH 三(san)基(ji)團預計1125cm -1處與(yu)羧基(ji)-OH基(ji)團有關。樣品NB可(ke)(ke)分(fen)配(pei)(pei)(pei)給內酯基(ji)團的(de)1737顯示(shi)cm -一(yi)帶(dai)(dai)(dai)(dai)，在(zai)(zai)樣品中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根據報告(gao)，峰(feng)其可(ke)(ke)分(fen)配(pei)(pei)(pei)到(dao)(dao)內酯或非芳(fang)族羧基(ji)C = O拉(la)伸(shen)在(zai)(zai)1712cm -1處發生。可(ke)(ke)分(fen)配(pei)(pei)(pei)1600-1650cm-1的(de)帶(dai)(dai)(dai)(dai)C = O醌基(ji)。發現以(yi)(yi)下頻段：1652cm-1NE，1629厘米-1為NB / NE，和1641厘米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見頻帶(dai)(dai)(dai)(dai)尚未明確解釋。芳(fang)環拉(la)伸(shen)對被分(fen)配(pei)(pei)(pei)到(dao)(dao)高度共(gong)軛的(de)基(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處的(de)峰(feng)對應于(yu)以(yi)(yi)下官能團：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和1700cm -一(yi)系(xi)列中(zhong)等強(qiang)度的(de)峰(feng)值(zhi)可(ke)(ke)歸因于(yu)酮、酯、醛(quan)和羧酸的(de)存在(zai)(zai)C = O和C = C的(de)伸(shen)長。在(zai)(zai)1038cm -1處， NE與(yu)酒精相對應CO振(zhen)動拉(la)伸(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙(yi)酰氨基(ji)酚NE，NB和(he)ML37活性炭實(shi)驗吸(xi)附(fu)數據℃在圖3中繪(hui)制(zhi)。等(deng)溫(wen)線表(biao)(biao)(biao)示(shi)，NB*高吸(xi)附(fu)容(rong)量(liang)和(he)*高吸(xi)附(fu)容(rong)量(liang)V MICO(厘米3 /克)，但由于微孔(kong)和(he)吸(xi)附(fu)能力之間沒有線性關系ML以較低的(de)(de)價值呈現類似的(de)(de)值Vmicro(表(biao)(biao)(biao) 2)。結(jie)果表(biao)(biao)(biao)明，活性炭的(de)(de)吸(xi)附(fu)能力與(yu)其(qi)結(jie)構性質沒有簡單的(de)(de)關系。它還(huan)表(biao)(biao)(biao)明，碳表(biao)(biao)(biao)面化學(xue)被認為是稀釋水溶液中吸(xi)附(fu)機制(zhi)的(de)(de)重(zhong)要因素。

　　活性(xing)炭(tan)表面(mian)對乙(yi)酰氨基(ji)酚分子(zi)的(de)(de)(de)壓實(shi)有(you)效性(xing)與(yu)吸附位置的(de)(de)(de)*佳分布有(you)關。乙(yi)酰氨基(ji)酚分子(zi)處于非離(li)子(zi)狀態SGF活性(xing)炭(tan)表面(mian)顯示活性(xing)炭(tan)面(mian)積的(de)(de)(de)測定NB> NE> ML順序有(you)更(geng)(geng)好(hao)的(de)(de)(de)方向。原因可能是吸附的(de)(de)(de)活性(xing)位點分別(bie)更(geng)(geng)好(hao)地分布在結構和(he)功能平(ping)面(mian)上。

　　本研究報告的結果表明(ming)，活性炭ML可以設想為從SGF去(qu)除(chu)對乙酰氨基酚的替代吸(xi)附(fu)劑。ML與商業標準NB和NE沒有明(ming)顯的差異。CO 2等溫線表明(ming)ML有相似之處NE圖案紋理的微孔(kong)材料(liao)。從三種(zhong)活性炭的比較可以看出，微孔(kong)結構(gou)和表面(mian)化學性質(zhi)在定義吸(xi)附(fu)能力方面(mian)起著(zhu)關鍵作用。

　　確(que)定(ding)對(dui)(dui)乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚對(dui)(dui)SGF中活(huo)性(xing)炭的(de)(de)吸(xi)附過(guo)程(cheng)是自發(fa)的(de)(de)(ΔG<0)。在大(da)多數情(qing)況下，這些(xie)模型與分析的(de)(de)數據非(fei)常(chang)一致(zhi)，這取決于活(huo)性(xing)炭的(de)(de)類型。對(dui)(dui)乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚的(de)(de)吸(xi)附可能(neng)發(fa)生(sheng)在特定(ding)部位(wei)和基(ji)(ji)底區域。氧化過(guo)程(cheng)雖然由(you)氧表(biao)面團進行，但之前的(de)(de)結果(guo)表(biao)明(ming)，不(bu)僅(jin)這些(xie)氧基(ji)(ji)的(de)(de)分布性(xing)質(zhi)和分布變得非(fei)常(chang)重(zhong)要。對(dui)(dui)乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚分子橫(heng)截(jie)面積的(de)(de)估(gu)計表(biao)明(ming)是肯(ken)定(ding)的(de)(de)。