活性炭對吡啶吸附的研(yan)究

　　吡啶是一種無(wu)色易燃(ran)液體，氣味難聞，廣(guang)泛用(yong)于制造精細(xi)化學品（如(ru)藥物、維生素、染料）、農(nong)業(ye)化學品等。因此，它在工業(ye)廢水中(zhong)很常見(jian)，導致環境污染問題(ti)。這促使人們(men)開發(fa)了一些(xie)去(qu)除水溶液中(zhong)污染物的方法(fa)，如(ru)生物降解、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)污染物（揮發(fa)性有機化合物、酚類(lei)、農藥(yao)和除(chu)草(cao)劑）的*佳可行技術之(zhi)一。此外(wai)，據(ju)報道，活性炭可以有效(xiao)地從水溶液中去除(chu)吡啶。

　　多孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)整體吸附速率包括(kuo)三個連續(xu)步(bu)驟：外(wai)部質(zhi)量傳遞(di)、顆(ke)(ke)粒內(nei)擴散(san)和固體基(ji)質(zhi)活性位點的(de)(de)(de)(de)吸附。顆(ke)(ke)粒內(nei)擴散(san)可(ke)能(neng)是(shi)由于(yu)孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)擴散(san)、表(biao)面擴散(san)或兩種(zhong)機制(zhi)的(de)(de)(de)(de)組合(he)。孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)擴散(san)是(shi)指(zhi)流體相中(zhong)濃度(du)(du)梯度(du)(du)(即分子機制(zhi))引起的(de)(de)(de)(de)吸附物的(de)(de)(de)(de)運動，但受多孔(kong)(kong)(kong)基(ji)質(zhi)幾(ji)何形狀的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)擴散(san)僅(jin)取(qu)決于(yu)分子擴散(san)系(xi)數(shu)和微尺(chi)度(du)(du)相的(de)(de)(de)(de)空間分布。后一種(zhong)概念定義(yi)了(le)孔(kong)(kong)(kong)隙度(du)(du)和曲折度(du)(du)等多孔(kong)(kong)(kong)介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)幾(ji)何特(te)性。表(biao)面擴散(san)是(shi)指(zhi)被吸附物通過固體表(biao)面的(de)(de)(de)(de)運動受到相分布的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響； 表(biao)面濃度(du)(du)梯度(du)(du)是(shi)主要驅動力(li)。

　　在(zai)像活性炭這樣呈現層次結構的(de)許多系(xi)統中(zhong)，主(zhu)要(yao)挑戰(zhan)之(zhi)一是(shi)對便捷的(de)觀察范圍的(de)理(li)論描述。因此，宏觀平均值(zhi)足以設(she)計和(he)建模，但需要(yao)一種放大方(fang)法來(lai)考慮較(jiao)小的(de)物(wu)理(li)尺寸(cun)。標準程序是(shi)多種運輸問(wen)題(ti)(ti)中(zhong)使用的(de)體(ti)積平均法。考慮到均相兩相多孔介質(zhi)中(zhong)的(de)線性等溫線，理(li)論上(shang)升級了溶質(zhi)的(de)擴散和(he)吸附運輸，并報(bao)(bao)告了用于預(yu)(yu)測有(you)效(xiao)性的(de)相關閉合問(wen)題(ti)(ti)。隨后，將散裝和(he)表面反(fan)應的(de)效(xiao)果納入包裝棉線染色的(de)研究，并報(bao)(bao)告了預(yu)(yu)測有(you)效(xiao)性的(de)相關問(wen)題(ti)(ti)。盡管如此，反(fan)應條件對有(you)效(xiao)性（如有(you)效(xiao)擴散率）的(de)影響尚不清(qing)楚，并在(zai)文獻中(zhong)做了一些努力來(lai)深入了解這個問(wen)題(ti)(ti)。

　　本文(wen)從(cong)放大(da)過程(cheng)(cheng)的(de)角度(du)研究了吡(bi)啶在活性炭上的(de)吸附，并確定了相應(ying)的(de)有(you)效運輸性能。微(wei)觀(guan)(guan)尺度(du)現象是通過體(ti)積平(ping)均法(fa)研究的(de)。因此(ci)，獲得宏(hong)觀(guan)(guan)控制方程(cheng)(cheng)，以(yi)有(you)效性表示。這些方程(cheng)(cheng)用于解釋實驗數(shu)據，預測(ce)孔隙和表面的(de)有(you)效擴散率。因此(ci)，假(jia)設(she)微(wei)觀(guan)(guan)結構具有(you)簡單的(de)幾何形(xing)狀（圓(yuan)柱體(ti)和球體(ti)的(de)有(you)序介質）或從(cong)SEM(掃描(miao)電子顯微(wei)鏡(jing))獲取顯微(wei)照片處理的(de)圖(tu)像。此(ci)外(wai)，作為粗略(lve)估計，報道了點表面擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐(zhui)形瓶作為分(fen)(fen)批吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑獲(huo)取(qu)實(shi)驗(yan)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)平衡數據。將(jiang)(jiang)(jiang)已知(zhi)負荷活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)尼(ni)龍(long)網袋(dai)放入燒瓶中，然后(hou)加(jia)入吡啶溶(rong)(rong)液。恒溫(wen)持續攪拌是吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)過(guo)(guo)程。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上(shang)吡啶的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)平衡數據如下。將(jiang)(jiang)(jiang)具有1g 活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和(he)480mL尼(ni)龍(long)網袋(dai)(在吡啶溶(rong)(rong)液中)pH = 在批量(liang)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)器中加(jia)入已知(zhi)的(de)(de)(de)(de)初(chu)始濃(nong)度。在不同pH在溫(wen)度下，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上(shang)吡啶的(de)(de)(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)進行了15次實(shi)驗(yan)。粒度分(fen)(fen)布分(fen)(fen)析了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)量(liang)為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)(de)變化。將(jiang)(jiang)(jiang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品添(tian)加(jia)到(dao)溶(rong)(rong)解中SFG對(dui)乙酰氨基酚溶(rong)(rong)液在室溫(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒速攪拌保持4小時。然后(hou)過(guo)(guo)濾樣品5ml用于(yu)溶(rong)(rong)液提取(qu)物UV / VIS分(fen)(fen)析。對(dui)乙酰氨基酚的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)量(liang)通(tong)過(guo)(guo)質量(liang)平衡計(ji)算。在濃(nong)度分(fen)(fen)析中使用以前建立的(de)(de)(de)(de)線性(xing)(xing)關(guan)系。對(dui)于(yu)高濃(nong)度溶(rong)(rong)液，需要稀釋(shi)區域分(fen)(fen)析。將(jiang)(jiang)(jiang)吸(xi)光度讀數從校準曲(qu)線中取(qu)出，確定相應于(yu)等溫(wen)線中每個點的(de)(de)(de)(de)平衡濃(nong)度。平衡時的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能團的鑒定(ding)

　　三(san)種活性(xing)炭(tan)(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)(de)共同(tong)譜帶，圖 2。3424cm -1中(zhong)(zhong)的(de)(de)帶屬于(yu)堿基(ji)-OH拉伸。2852和2921cm -1處(chu)的(de)(de)峰值(zhi)是由于(yu)脂族的(de)(de)存(cun)在(zai)CH，CH 2和CH 三(san)基(ji)團(tuan)預計1125cm -1處(chu)與(yu)羧基(ji)-OH基(ji)團(tuan)有關。樣(yang)品NB可(ke)分配給內(nei)(nei)酯(zhi)基(ji)團(tuan)的(de)(de)1737顯示cm -一(yi)帶，在(zai)樣(yang)品中(zhong)(zhong)NE中(zhong)(zhong)，在(zai)1710cm -根據(ju)報告，峰其(qi)可(ke)分配到(dao)內(nei)(nei)酯(zhi)或非芳(fang)族羧基(ji)C = O拉伸在(zai)1712cm -1處(chu)發生(sheng)。可(ke)分配1600-1650cm-1的(de)(de)帶C = O醌基(ji)。發現以(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)(de)常見(jian)頻帶尚未明確解釋。芳(fang)環(huan)拉伸對被分配到(dao)高(gao)度共軛的(de)(de)基(ji)礎上。在(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)峰對應于(yu)以(yi)下官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波(bo)數(shu)1400和1700cm -一(yi)系列中(zhong)(zhong)等強(qiang)度的(de)(de)峰值(zhi)可(ke)歸因于(yu)酮、酯(zhi)、醛和羧酸的(de)(de)存(cun)在(zai)C = O和C = C的(de)(de)伸長。在(zai)1038cm -1處(chu)， NE與(yu)酒(jiu)精相對應CO振動拉伸峰。

　　平衡等溫線

　　對(dui)乙酰氨基酚(fen)NE，NB和ML37活性(xing)炭實驗(yan)吸附(fu)(fu)數據℃在圖3中(zhong)繪制(zhi)。等溫線(xian)表示，NB*高吸附(fu)(fu)容(rong)(rong)量(liang)和*高吸附(fu)(fu)容(rong)(rong)量(liang)V MICO(厘米3 /克)，但由于(yu)微孔和吸附(fu)(fu)能(neng)力之間沒有(you)線(xian)性(xing)關系(xi)ML以較(jiao)低(di)的(de)價值呈現類似的(de)值Vmicro(表 2)。結果表明(ming)，活性(xing)炭的(de)吸附(fu)(fu)能(neng)力與其結構性(xing)質(zhi)沒有(you)簡單的(de)關系(xi)。它還表明(ming)，碳表面化學被認為是稀釋水(shui)溶液(ye)中(zhong)吸附(fu)(fu)機制(zhi)的(de)重要因素。

　　活性炭(tan)表面對(dui)乙酰氨基酚分子的(de)壓(ya)實(shi)有(you)(you)效性與吸附(fu)(fu)位置的(de)*佳分布有(you)(you)關(guan)。乙酰氨基酚分子處于非離子狀態SGF活性炭(tan)表面顯(xian)示(shi)活性炭(tan)面積的(de)測定NB> NE> ML順序有(you)(you)更(geng)(geng)好的(de)方向。原因可能是吸附(fu)(fu)的(de)活性位點分別更(geng)(geng)好地分布在結構和功(gong)能平面上(shang)。

　　本研究報告的結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)(ming)，活性(xing)炭ML可(ke)以設想為從SGF去除對乙(yi)酰氨基酚的替代吸附劑。ML與(yu)商業標準(zhun)NB和NE沒有明(ming)(ming)顯的差異。CO 2等溫線表(biao)(biao)明(ming)(ming)ML有相似之處(chu)NE圖案紋理的微孔(kong)材料(liao)。從三種活性(xing)炭的比(bi)較(jiao)可(ke)以看出(chu)，微孔(kong)結(jie)(jie)構和表(biao)(biao)面化學性(xing)質在(zai)定義吸附能(neng)力方(fang)面起(qi)著關鍵作用(yong)。

　　確(que)定(ding)對乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)(ji)酚(fen)對SGF中活性炭(tan)(tan)的(de)吸(xi)附過程(cheng)是自發(fa)的(de)(ΔG<0)。在大多數情(qing)況下(xia)，這些模(mo)型與分析的(de)數據非常一致，這取決于(yu)活性炭(tan)(tan)的(de)類型。對乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)(ji)酚(fen)的(de)吸(xi)附可能(neng)發(fa)生在特定(ding)部位和(he)基(ji)(ji)底區域。氧化過程(cheng)雖(sui)然由氧表面團進行(xing)，但(dan)之前的(de)結(jie)果表明(ming)，不僅這些氧基(ji)(ji)的(de)分布(bu)性質和(he)分布(bu)變得非常重要。對乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)(ji)酚(fen)分子橫截面積(ji)的(de)估計表明(ming)是肯(ken)定(ding)的(de)。