活性(xing)炭(tan)對(dui)吡啶吸(xi)附的研究(jiu)

　　吡啶是一種無色易燃液(ye)(ye)體，氣(qi)味難(nan)聞，廣泛用于制造精細化學品(pin)（如藥物(wu)、維生素(su)、染(ran)料(liao)）、農(nong)業化學品(pin)等。因此，它(ta)在工業廢水(shui)中(zhong)(zhong)很常見，導(dao)致環境污染(ran)問題(ti)。這促(cu)使人們開發(fa)了一些(xie)去除(chu)水(shui)溶液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)污染(ran)物(wu)的方法，如生物(wu)降解(jie)、臭(chou)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(zhong)芳香污染物(wu)（揮發性(xing)有(you)機化合物(wu)、酚(fen)類、農藥和除(chu)草劑）的*佳可行技術(shu)之一。此外，據報道，活性(xing)炭(tan)可以(yi)有(you)效地從(cong)水溶液中去除(chu)吡啶。

　　多孔(kong)材料的(de)(de)整(zheng)體(ti)(ti)吸(xi)附(fu)速率(lv)包括三個(ge)連續步驟(zou)：外部質(zhi)量(liang)傳遞、顆(ke)(ke)粒(li)內擴(kuo)(kuo)散和(he)固體(ti)(ti)基質(zhi)活性位點的(de)(de)吸(xi)附(fu)。顆(ke)(ke)粒(li)內擴(kuo)(kuo)散可(ke)能是(shi)由于孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)散、表面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)散或兩種機制(zhi)的(de)(de)組合。孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)散是(shi)指流體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)濃(nong)度梯度(即(ji)分(fen)子(zi)機制(zhi))引起的(de)(de)吸(xi)附(fu)物的(de)(de)運動(dong)(dong)，但(dan)受多孔(kong)基質(zhi)幾(ji)何(he)形狀(zhuang)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)散僅取決于分(fen)子(zi)擴(kuo)(kuo)散系數和(he)微尺度相(xiang)的(de)(de)空(kong)間分(fen)布(bu)。后一種概念定(ding)義了孔(kong)隙度和(he)曲折(zhe)度等多孔(kong)介質(zhi)的(de)(de)幾(ji)何(he)特(te)性。表面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)散是(shi)指被(bei)吸(xi)附(fu)物通過固體(ti)(ti)表面(mian)(mian)的(de)(de)運動(dong)(dong)受到相(xiang)分(fen)布(bu)的(de)(de)影(ying)響(xiang)； 表面(mian)(mian)濃(nong)度梯度是(shi)主要驅動(dong)(dong)力。

　　在像(xiang)活性(xing)(xing)炭這(zhe)樣呈(cheng)現層次(ci)結構的(de)許多(duo)系統中(zhong)，主要(yao)(yao)挑戰之一(yi)是對便捷的(de)觀(guan)察范圍(wei)的(de)理論描述。因此，宏(hong)觀(guan)平均值足以設計和建模，但需要(yao)(yao)一(yi)種放大(da)方法來考(kao)慮較小(xiao)的(de)物理尺寸。標準(zhun)程(cheng)序是多(duo)種運(yun)輸(shu)問(wen)題(ti)中(zhong)使(shi)用的(de)體積平均法。考(kao)慮到均相(xiang)兩相(xiang)多(duo)孔介質(zhi)中(zhong)的(de)線(xian)(xian)性(xing)(xing)等溫線(xian)(xian)，理論上(shang)升級(ji)了(le)溶(rong)質(zhi)的(de)擴散(san)(san)和吸附運(yun)輸(shu)，并(bing)報(bao)告了(le)用于(yu)預測(ce)有效性(xing)(xing)的(de)相(xiang)關(guan)閉合問(wen)題(ti)。隨后，將散(san)(san)裝和表(biao)面(mian)反(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)效果納入包裝棉線(xian)(xian)染(ran)色的(de)研(yan)究，并(bing)報(bao)告了(le)預測(ce)有效性(xing)(xing)的(de)相(xiang)關(guan)問(wen)題(ti)。盡管如此，反(fan)(fan)應(ying)(ying)條件對有效性(xing)(xing)（如有效擴散(san)(san)率(lv)）的(de)影響尚不清楚，并(bing)在文獻中(zhong)做(zuo)了(le)一(yi)些努力(li)來深入了(le)解這(zhe)個問(wen)題(ti)。

　　本文從放大過程(cheng)的(de)(de)(de)角度(du)研究了(le)吡啶在活性炭上的(de)(de)(de)吸附(fu)，并確定了(le)相應的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)運輸性能。微觀尺度(du)現象(xiang)是通過體積平均法研究的(de)(de)(de)。因(yin)此(ci)，獲得宏(hong)觀控制方程(cheng)，以有(you)效(xiao)(xiao)性表(biao)示。這些方程(cheng)用于解(jie)釋實驗數(shu)據(ju)，預測孔隙和表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)擴散率。因(yin)此(ci)，假設微觀結構具有(you)簡(jian)單的(de)(de)(de)幾何形狀（圓柱體和球體的(de)(de)(de)有(you)序介質）或(huo)從SEM(掃描(miao)電(dian)子顯微鏡)獲取顯微照片處理的(de)(de)(de)圖像。此(ci)外，作為粗略估計，報道(dao)了(le)點(dian)表(biao)面(mian)(mian)擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐(zhui)形瓶(ping)作為分(fen)(fen)批吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)獲(huo)取(qu)實(shi)驗吸(xi)(xi)附(fu)平衡(heng)數(shu)據(ju)。將已知負(fu)荷活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)尼龍網袋(dai)放入(ru)燒瓶(ping)中(zhong)，然后(hou)加(jia)入(ru)吡啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)液(ye)。恒溫持續(xu)攪拌(ban)是吸(xi)(xi)附(fu)過程。活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)上(shang)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗吸(xi)(xi)附(fu)平衡(heng)數(shu)據(ju)如下(xia)。將具(ju)有1g 活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)和480mL尼龍網袋(dai)(在(zai)吡啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)吸(xi)(xi)附(fu)器中(zhong)加(jia)入(ru)已知的(de)(de)(de)(de)初始濃度(du)(du)(du)。在(zai)不同pH在(zai)溫度(du)(du)(du)下(xia)，活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)上(shang)吡啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)?的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)進行(xing)了15次實(shi)驗。粒度(du)(du)(du)分(fen)(fen)布分(fen)(fen)析了活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)樣品。活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)量(liang)為0.001至0.27g范(fan)圍內的(de)(de)(de)(de)變化。將活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)樣品添加(jia)到溶(rong)(rong)解中(zhong)SFG對乙酰(xian)氨基(ji)酚(fen)溶(rong)(rong)液(ye)在(zai)室溫下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以(yi)100rpm恒速(su)攪拌(ban)保持4小時(shi)(shi)。然后(hou)過濾樣品5ml用于(yu)溶(rong)(rong)液(ye)提取(qu)物UV / VIS分(fen)(fen)析。對乙酰(xian)氨基(ji)酚(fen)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)量(liang)通過質量(liang)平衡(heng)計算(suan)。在(zai)濃度(du)(du)(du)分(fen)(fen)析中(zhong)使用以(yi)前(qian)建(jian)立(li)的(de)(de)(de)(de)線性關系。對于(yu)高(gao)濃度(du)(du)(du)溶(rong)(rong)液(ye)，需要稀釋區域分(fen)(fen)析。將吸(xi)(xi)光(guang)度(du)(du)(du)讀數(shu)從校準曲(qu)線中(zhong)取(qu)出，確(que)定相應于(yu)等溫線中(zhong)每個點的(de)(de)(de)(de)平衡(heng)濃度(du)(du)(du)。平衡(heng)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活(huo)性炭表面(mian)官能團(tuan)的(de)鑒定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)共同(tong)譜帶(dai)(dai)，圖(tu) 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶(dai)(dai)屬于堿基-OH拉伸(shen)。2852和2921cm -1處(chu)(chu)(chu)的(de)峰值是由(you)于脂族的(de)存在CH，CH 2和CH 三(san)基團預計1125cm -1處(chu)(chu)(chu)與(yu)羧(suo)基-OH基團有(you)關(guan)。樣品NB可(ke)(ke)(ke)分(fen)配(pei)給(gei)內(nei)酯基團的(de)1737顯示(shi)cm -一帶(dai)(dai)，在樣品中(zhong)NE中(zhong)，在1710cm -根據(ju)報(bao)告，峰其可(ke)(ke)(ke)分(fen)配(pei)到(dao)內(nei)酯或(huo)非芳族羧(suo)基C = O拉伸(shen)在1712cm -1處(chu)(chu)(chu)發生。可(ke)(ke)(ke)分(fen)配(pei)1600-1650cm-1的(de)帶(dai)(dai)C = O醌基。發現以下頻(pin)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(pin)帶(dai)(dai)尚未明確解釋。芳環拉伸(shen)對被(bei)分(fen)配(pei)到(dao)高度(du)共軛的(de)基礎上(shang)。在2900cm -1處(chu)(chu)(chu)的(de)峰對應(ying)于以下官能團：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波(bo)數(shu)1400和1700cm -一系列中(zhong)等強度(du)的(de)峰值可(ke)(ke)(ke)歸因于酮、酯、醛和羧(suo)酸的(de)存在C = O和C = C的(de)伸(shen)長。在1038cm -1處(chu)(chu)(chu)， NE與(yu)酒精相對應(ying)CO振動拉伸(shen)峰。

　　平衡等溫線

　　對(dui)乙(yi)酰氨基酚NE，NB和ML37活(huo)性炭實驗吸附(fu)數據℃在(zai)圖3中繪制。等溫線表(biao)示，NB*高吸附(fu)容(rong)量和*高吸附(fu)容(rong)量V MICO(厘(li)米3 /克(ke))，但由于微孔和吸附(fu)能力(li)之間沒(mei)有線性關系ML以較(jiao)低(di)的(de)價值呈(cheng)現類似的(de)值Vmicro(表(biao) 2)。結果表(biao)明，活(huo)性炭的(de)吸附(fu)能力(li)與其結構性質沒(mei)有簡(jian)單的(de)關系。它還表(biao)明，碳表(biao)面化學(xue)被認為是稀釋水(shui)溶液中吸附(fu)機制的(de)重要因素。

　　活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面對乙(yi)酰氨基(ji)酚分(fen)子(zi)的(de)壓實有效性(xing)與吸(xi)附(fu)位置的(de)*佳分(fen)布(bu)有關。乙(yi)酰氨基(ji)酚分(fen)子(zi)處于非離子(zi)狀態SGF活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面顯示(shi)活(huo)性(xing)炭(tan)面積的(de)測(ce)定(ding)NB> NE> ML順(shun)序有更好的(de)方向。原(yuan)因可(ke)能是吸(xi)附(fu)的(de)活(huo)性(xing)位點分(fen)別(bie)更好地分(fen)布(bu)在(zai)結構和(he)功能平面上。

　　本研究報告的(de)結果表(biao)明(ming)，活(huo)性(xing)炭ML可以設想(xiang)為從(cong)SGF去除對乙酰(xian)氨基酚的(de)替(ti)代吸附劑(ji)。ML與(yu)商業標(biao)準(zhun)NB和NE沒有明(ming)顯的(de)差(cha)異。CO 2等溫線表(biao)明(ming)ML有相似(si)之處NE圖案紋理(li)的(de)微孔(kong)材料。從(cong)三種活(huo)性(xing)炭的(de)比(bi)較可以看出，微孔(kong)結構和表(biao)面化學性(xing)質在定義(yi)吸附能力方面起著關鍵作用。

　　確定對乙酰(xian)氨基(ji)酚對SGF中活性炭的吸(xi)附過(guo)程(cheng)是自發的(ΔG<0)。在大(da)多數(shu)情(qing)況下，這些模型(xing)與分(fen)(fen)析的數(shu)據非(fei)常一致，這取決于(yu)活性炭的類型(xing)。對乙酰(xian)氨基(ji)酚的吸(xi)附可能發生(sheng)在特定部(bu)位和(he)基(ji)底區域。氧(yang)化過(guo)程(cheng)雖(sui)然由氧(yang)表面(mian)團進行，但之(zhi)前的結果表明，不僅這些氧(yang)基(ji)的分(fen)(fen)布(bu)性質(zhi)和(he)分(fen)(fen)布(bu)變(bian)得非(fei)常重要。對乙酰(xian)氨基(ji)酚分(fen)(fen)子橫截面(mian)積(ji)的估(gu)計表明是肯定的。