活(huo)性炭(tan)對吡(bi)啶吸附(fu)的研究(jiu)

　　吡啶是一種(zhong)無色易燃液(ye)體，氣味難聞，廣泛(fan)用于制造精細化(hua)學品(pin)（如藥物(wu)、維(wei)生素、染料）、農業化(hua)學品(pin)等(deng)。因此，它在工(gong)業廢水中很常(chang)見，導致環(huan)境(jing)污染問題。這促(cu)使人們開發了一些去除(chu)水溶液(ye)中污染物(wu)的方(fang)法，如生物(wu)降解(jie)、臭氧化(hua)、吸(xi)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。活性炭是控制幾種芳香污染物（揮發性(xing)有機(ji)化合物、酚類、農藥和除草(cao)劑）的*佳(jia)可行技術(shu)之一(yi)。此外，據報道，活性(xing)炭可以有效地從水溶液中(zhong)去除吡啶。

　　多(duo)孔(kong)材料(liao)的(de)整體(ti)(ti)(ti)吸(xi)附速率(lv)包括三個連續步(bu)驟(zou)：外部質量傳遞、顆(ke)粒內(nei)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)和固(gu)體(ti)(ti)(ti)基(ji)質活性位點(dian)的(de)吸(xi)附。顆(ke)粒內(nei)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)可能是由于(yu)孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)、表面(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)或兩種(zhong)機制的(de)組合。孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)是指(zhi)流(liu)體(ti)(ti)(ti)相中濃度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(即分子機制)引起的(de)吸(xi)附物(wu)的(de)運動，但(dan)受多(duo)孔(kong)基(ji)質幾(ji)何形狀(zhuang)的(de)影(ying)響。孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)僅取決于(yu)分子擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系數和微尺度(du)(du)(du)相的(de)空間分布。后一(yi)種(zhong)概念定(ding)義(yi)了孔(kong)隙度(du)(du)(du)和曲(qu)折度(du)(du)(du)等(deng)多(duo)孔(kong)介質的(de)幾(ji)何特性。表面(mian)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)是指(zhi)被吸(xi)附物(wu)通過(guo)固(gu)體(ti)(ti)(ti)表面(mian)的(de)運動受到相分布的(de)影(ying)響； 表面(mian)濃度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)是主要驅動力。

　　在(zai)像活性(xing)(xing)炭(tan)這(zhe)樣呈現層次結構的(de)(de)許(xu)多(duo)(duo)系統(tong)中，主要(yao)挑戰(zhan)之一(yi)是對便捷的(de)(de)觀察范圍的(de)(de)理論描述。因此，宏觀平(ping)均值(zhi)足以設計和(he)建模，但(dan)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)放大方(fang)法來考(kao)慮(lv)較(jiao)小的(de)(de)物(wu)理尺寸。標(biao)準程(cheng)序是多(duo)(duo)種(zhong)運輸問題(ti)中使用的(de)(de)體積平(ping)均法。考(kao)慮(lv)到均相(xiang)兩相(xiang)多(duo)(duo)孔介(jie)質中的(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)等(deng)溫線(xian)，理論上升(sheng)級了(le)溶質的(de)(de)擴散和(he)吸(xi)附(fu)運輸，并報(bao)告(gao)了(le)用于(yu)預(yu)測有(you)效性(xing)(xing)的(de)(de)相(xiang)關(guan)閉合問題(ti)。隨(sui)后，將散裝和(he)表面反(fan)應(ying)的(de)(de)效果納入包裝棉線(xian)染色(se)的(de)(de)研究(jiu)，并報(bao)告(gao)了(le)預(yu)測有(you)效性(xing)(xing)的(de)(de)相(xiang)關(guan)問題(ti)。盡管如此，反(fan)應(ying)條件(jian)對有(you)效性(xing)(xing)（如有(you)效擴散率）的(de)(de)影響尚不清(qing)楚，并在(zai)文獻中做了(le)一(yi)些努力來深(shen)入了(le)解這(zhe)個問題(ti)。

　　本文從放大過(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)角度(du)研究了吡啶在活性炭上的(de)(de)吸附，并確定了相(xiang)應的(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)運輸性能。微(wei)觀(guan)尺度(du)現象(xiang)是通過(guo)體積(ji)平均法研究的(de)(de)。因(yin)此，獲得宏觀(guan)控制方程(cheng)(cheng)，以有(you)效(xiao)(xiao)性表示。這(zhe)些方程(cheng)(cheng)用(yong)于解釋實驗數據，預測孔隙和表面的(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)擴散(san)率。因(yin)此，假設微(wei)觀(guan)結構具(ju)有(you)簡單的(de)(de)幾(ji)何形狀（圓柱體和球體的(de)(de)有(you)序介(jie)質）或(huo)從SEM(掃描(miao)電子顯微(wei)鏡)獲取顯微(wei)照(zhao)片處(chu)理的(de)(de)圖像。此外，作為粗略估計，報(bao)道了點表面擴散(san)率。

　　吸附平衡數據

　　使用(yong)(yong)500mL錐形(xing)瓶(ping)作為分(fen)(fen)(fen)批吸(xi)附(fu)劑獲取(qu)實(shi)(shi)驗(yan)吸(xi)附(fu)平(ping)衡(heng)數據(ju)。將已知負荷(he)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)尼龍(long)網袋(dai)放入(ru)燒(shao)瓶(ping)中(zhong)(zhong)，然后加(jia)(jia)入(ru)吡啶溶(rong)(rong)液。恒(heng)溫持(chi)續攪(jiao)拌(ban)是(shi)吸(xi)附(fu)過(guo)程(cheng)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)上吡啶的(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)吸(xi)附(fu)平(ping)衡(heng)數據(ju)如下(xia)(xia)。將具有1g 活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)和480mL尼龍(long)網袋(dai)(在吡啶溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong))pH = 在批量吸(xi)附(fu)器中(zhong)(zhong)加(jia)(jia)入(ru)已知的(de)(de)初始濃(nong)(nong)度(du)。在不同pH在溫度(du)下(xia)(xia)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)上吡啶的(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)進(jin)行(xing)了15次實(shi)(shi)驗(yan)。粒(li)度(du)分(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)了活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)量為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)變(bian)化。將活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)添加(jia)(jia)到溶(rong)(rong)解中(zhong)(zhong)SFG對(dui)乙(yi)酰氨基酚溶(rong)(rong)液在室溫下(xia)(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)(xia)以100rpm恒(heng)速攪(jiao)拌(ban)保持(chi)4小時。然后過(guo)濾樣品(pin)5ml用(yong)(yong)于溶(rong)(rong)液提取(qu)物(wu)UV / VIS分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)。對(dui)乙(yi)酰氨基酚的(de)(de)吸(xi)附(fu)量通過(guo)質(zhi)量平(ping)衡(heng)計算。在濃(nong)(nong)度(du)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)中(zhong)(zhong)使用(yong)(yong)以前建立(li)的(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)(xing)關系(xi)。對(dui)于高濃(nong)(nong)度(du)溶(rong)(rong)液，需要稀釋區(qu)域分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)。將吸(xi)光度(du)讀數從校準曲線(xian)中(zhong)(zhong)取(qu)出，確定相(xiang)應(ying)于等溫線(xian)中(zhong)(zhong)每個點(dian)的(de)(de)平(ping)衡(heng)濃(nong)(nong)度(du)。平(ping)衡(heng)時的(de)(de)吸(xi)附(fu)量qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能團(tuan)的鑒定

　　三種活(huo)性(xing)炭(tan)(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)(de)共同譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中的(de)(de)帶(dai)屬于(yu)堿基(ji)-OH拉伸(shen)(shen)。2852和2921cm -1處(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)值是由于(yu)脂(zhi)族(zu)的(de)(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和CH 三基(ji)團(tuan)(tuan)預計(ji)1125cm -1處(chu)與羧基(ji)-OH基(ji)團(tuan)(tuan)有關。樣品(pin)NB可分配給內酯(zhi)基(ji)團(tuan)(tuan)的(de)(de)1737顯示cm -一帶(dai)，在(zai)(zai)樣品(pin)中NE中，在(zai)(zai)1710cm -根據(ju)報告，峰(feng)(feng)其可分配到(dao)內酯(zhi)或非芳族(zu)羧基(ji)C = O拉伸(shen)(shen)在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發生。可分配1600-1650cm-1的(de)(de)帶(dai)C = O醌基(ji)。發現以下頻段：1652cm-1NE，1629厘米-1為NB / NE，和1641厘米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常見頻帶(dai)尚未(wei)明(ming)確解釋。芳環拉伸(shen)(shen)對被分配到(dao)高度(du)(du)共軛(e)的(de)(de)基(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)對應于(yu)以下官(guan)能團(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和1700cm -一系列中等強度(du)(du)的(de)(de)峰(feng)(feng)值可歸(gui)因于(yu)酮(tong)、酯(zhi)、醛(quan)和羧酸(suan)的(de)(de)存在(zai)(zai)C = O和C = C的(de)(de)伸(shen)(shen)長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒(jiu)精相對應CO振動(dong)拉伸(shen)(shen)峰(feng)(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰(xian)氨基酚NE，NB和ML37活性(xing)(xing)炭(tan)實驗(yan)吸(xi)附(fu)(fu)數據℃在圖3中繪制(zhi)。等溫線表(biao)(biao)(biao)(biao)示(shi)，NB*高吸(xi)附(fu)(fu)容量(liang)和*高吸(xi)附(fu)(fu)容量(liang)V MICO(厘米3 /克)，但由(you)于(yu)微孔和吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力之間沒有線性(xing)(xing)關系ML以較低的(de)(de)價值呈現類似的(de)(de)值Vmicro(表(biao)(biao)(biao)(biao) 2)。結(jie)果表(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)，活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力與其結(jie)構(gou)性(xing)(xing)質沒有簡單的(de)(de)關系。它還表(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)，碳表(biao)(biao)(biao)(biao)面化學被認(ren)為是稀釋水溶液中吸(xi)附(fu)(fu)機制(zhi)的(de)(de)重要因素。

　　活性(xing)炭(tan)表面對乙酰氨基酚(fen)分子的(de)(de)壓(ya)實有(you)效性(xing)與吸(xi)附位置的(de)(de)*佳分布(bu)有(you)關(guan)。乙酰氨基酚(fen)分子處于非離子狀態(tai)SGF活性(xing)炭(tan)表面顯示活性(xing)炭(tan)面積的(de)(de)測定NB> NE> ML順(shun)序有(you)更好的(de)(de)方(fang)向(xiang)。原因(yin)可(ke)能是吸(xi)附的(de)(de)活性(xing)位點分別更好地分布(bu)在結構和(he)功能平面上。

　　本(ben)研究報告的(de)結果表(biao)明，活性炭ML可以設(she)想(xiang)為(wei)從SGF去除對乙(yi)酰氨基酚的(de)替代吸(xi)附(fu)劑(ji)。ML與商業(ye)標(biao)準NB和NE沒有(you)明顯的(de)差異。CO 2等溫(wen)線表(biao)明ML有(you)相似之處NE圖案(an)紋(wen)理的(de)微孔(kong)(kong)材料。從三種活性炭的(de)比較可以看出，微孔(kong)(kong)結構(gou)和表(biao)面化(hua)學性質在定義吸(xi)附(fu)能力方面起(qi)著關鍵(jian)作用。

　　確定對乙酰氨基(ji)(ji)酚(fen)對SGF中活性炭的(de)吸(xi)附過程(cheng)是自發(fa)(fa)的(de)(ΔG<0)。在大多(duo)數情(qing)況下(xia)，這(zhe)(zhe)些模型與分(fen)析的(de)數據非常(chang)(chang)一(yi)致，這(zhe)(zhe)取決于活性炭的(de)類型。對乙酰氨基(ji)(ji)酚(fen)的(de)吸(xi)附可能發(fa)(fa)生在特定部位和(he)基(ji)(ji)底區(qu)域。氧化過程(cheng)雖然由氧表面團進行，但之前的(de)結(jie)果(guo)表明，不僅這(zhe)(zhe)些氧基(ji)(ji)的(de)分(fen)布(bu)性質和(he)分(fen)布(bu)變得(de)非常(chang)(chang)重要。對乙酰氨基(ji)(ji)酚(fen)分(fen)子(zi)橫(heng)截(jie)面積的(de)估計表明是肯(ken)定的(de)。