活性炭對吡啶吸(xi)附的研(yan)究

　　吡啶是一種無色易燃(ran)液(ye)體，氣(qi)味(wei)難聞，廣(guang)泛用于(yu)制(zhi)造(zao)精(jing)細化(hua)學品（如藥物(wu)、維生素、染(ran)料）、農(nong)業(ye)化(hua)學品等。因此，它在工業(ye)廢水(shui)中(zhong)很(hen)常(chang)見，導(dao)致環境污(wu)染(ran)問題(ti)。這促(cu)使人們開發了一些去除水(shui)溶液(ye)中(zhong)污(wu)染(ran)物(wu)的方法，如生物(wu)降(jiang)解、臭氧化(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(wu)染物(wu)（揮發性有機化合物(wu)、酚類、農藥和(he)除草劑）的(de)*佳可行技(ji)術(shu)之一。此(ci)外，據報道，活性炭可以(yi)有效地從水(shui)溶液中去除吡啶。

　　多孔材料的(de)(de)(de)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)(ti)吸附(fu)(fu)速率包括(kuo)三個連續步(bu)驟：外部質量傳(chuan)遞(di)、顆粒內擴(kuo)散和固體(ti)(ti)(ti)(ti)基(ji)(ji)質活性(xing)位點的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)。顆粒內擴(kuo)散可(ke)能是由于孔體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)散、表(biao)面(mian)擴(kuo)散或兩(liang)種機制的(de)(de)(de)組(zu)合。孔體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)散是指(zhi)流體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)中濃(nong)(nong)度梯度(即分(fen)子機制)引起的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)物的(de)(de)(de)運動，但受多孔基(ji)(ji)質幾何形狀的(de)(de)(de)影響。孔體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)散僅(jin)取決(jue)于分(fen)子擴(kuo)散系數和微尺(chi)度相(xiang)的(de)(de)(de)空(kong)間(jian)分(fen)布。后一種概念定義了孔隙度和曲折(zhe)度等(deng)多孔介質的(de)(de)(de)幾何特性(xing)。表(biao)面(mian)擴(kuo)散是指(zhi)被吸附(fu)(fu)物通過固體(ti)(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)運動受到相(xiang)分(fen)布的(de)(de)(de)影響； 表(biao)面(mian)濃(nong)(nong)度梯度是主要驅動力。

　　在像(xiang)活性炭這樣呈現層次結(jie)構(gou)的(de)(de)許(xu)多(duo)系統中(zhong)，主要(yao)挑戰之(zhi)一是(shi)(shi)對便捷的(de)(de)觀察范(fan)圍的(de)(de)理(li)論(lun)(lun)描述(shu)。因此(ci)，宏(hong)觀平均值足以設計和建模，但需要(yao)一種放大方法來(lai)考慮較小(xiao)的(de)(de)物(wu)理(li)尺寸。標準程序是(shi)(shi)多(duo)種運(yun)(yun)輸問題(ti)中(zhong)使用的(de)(de)體積(ji)平均法。考慮到均相(xiang)(xiang)兩相(xiang)(xiang)多(duo)孔(kong)介質中(zhong)的(de)(de)線(xian)(xian)性等溫(wen)線(xian)(xian)，理(li)論(lun)(lun)上升級了溶質的(de)(de)擴散和吸(xi)附運(yun)(yun)輸，并(bing)報告(gao)了用于預測有(you)效(xiao)性的(de)(de)相(xiang)(xiang)關閉合問題(ti)。隨后，將散裝和表面反(fan)應的(de)(de)效(xiao)果納入包裝棉線(xian)(xian)染色的(de)(de)研究，并(bing)報告(gao)了預測有(you)效(xiao)性的(de)(de)相(xiang)(xiang)關問題(ti)。盡管如此(ci)，反(fan)應條(tiao)件對有(you)效(xiao)性（如有(you)效(xiao)擴散率）的(de)(de)影響尚不清楚，并(bing)在文獻(xian)中(zhong)做(zuo)了一些努(nu)力(li)來(lai)深(shen)入了解這個(ge)問題(ti)。

　　本文從放(fang)大過程的角度研究了(le)吡啶在活性炭上的吸附(fu)，并確定了(le)相應的有(you)效運(yun)輸性能。微觀尺度現象是通過體(ti)積平均法研究的。因(yin)此(ci)，獲得宏觀控制方程，以有(you)效性表(biao)示(shi)。這些方程用(yong)于解釋實驗數據，預測孔(kong)隙和表(biao)面(mian)的有(you)效擴(kuo)散率(lv)。因(yin)此(ci)，假設微觀結構具有(you)簡單的幾(ji)何形狀（圓柱(zhu)體(ti)和球(qiu)體(ti)的有(you)序介質）或從SEM(掃描電子顯微鏡)獲取顯微照片處理的圖(tu)像。此(ci)外(wai)，作為粗略(lve)估計，報道了(le)點表(biao)面(mian)擴(kuo)散率(lv)。

　　吸附平衡數據

　　使(shi)用(yong)500mL錐形瓶作(zuo)為(wei)分(fen)(fen)(fen)批(pi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)獲取實驗吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平衡(heng)數據(ju)。將已知(zhi)負荷活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)尼龍網(wang)袋(dai)放入(ru)燒瓶中，然后加(jia)入(ru)吡啶(ding)溶(rong)液(ye)。恒(heng)溫(wen)(wen)持續攪拌(ban)(ban)是吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)過(guo)程(cheng)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上吡啶(ding)的(de)(de)實驗吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平衡(heng)數據(ju)如下(xia)。將具有1g 活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)和(he)480mL尼龍網(wang)袋(dai)(在吡啶(ding)溶(rong)液(ye)中)pH = 在批(pi)量吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)器中加(jia)入(ru)已知(zhi)的(de)(de)初始(shi)濃度。在不同pH在溫(wen)(wen)度下(xia)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上吡啶(ding)的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)進行了15次實驗。粒度分(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)析了活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)量為(wei)0.001至0.27g范圍(wei)內的(de)(de)變(bian)化(hua)。將活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)添(tian)加(jia)到(dao)溶(rong)解(jie)中SFG對(dui)乙酰氨基酚溶(rong)液(ye)在室溫(wen)(wen)下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以100rpm恒(heng)速(su)攪拌(ban)(ban)保持4小(xiao)時(shi)。然后過(guo)濾樣品(pin)5ml用(yong)于(yu)溶(rong)液(ye)提取物UV / VIS分(fen)(fen)(fen)析。對(dui)乙酰氨基酚的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量通過(guo)質量平衡(heng)計算。在濃度分(fen)(fen)(fen)析中使(shi)用(yong)以前建立(li)的(de)(de)線性(xing)(xing)(xing)關系。對(dui)于(yu)高濃度溶(rong)液(ye)，需要稀釋區域分(fen)(fen)(fen)析。將吸(xi)(xi)(xi)光度讀數從校準曲線中取出，確定相應于(yu)等溫(wen)(wen)線中每個點的(de)(de)平衡(heng)濃度。平衡(heng)時(shi)的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量qe(mg / g)。

　　活(huo)性炭表面官能(neng)團的鑒定

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)(de)(de)(de)共同譜帶(dai)(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)(de)(de)帶(dai)(dai)屬(shu)于堿基(ji)-OH拉伸(shen)。2852和(he)2921cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)峰值是(shi)由于脂族的(de)(de)(de)(de)存在(zai)CH，CH 2和(he)CH 三基(ji)團(tuan)(tuan)預(yu)計1125cm -1處(chu)(chu)與羧基(ji)-OH基(ji)團(tuan)(tuan)有關。樣品(pin)NB可(ke)分(fen)配給內酯基(ji)團(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)(de)1737顯示(shi)cm -一(yi)帶(dai)(dai)，在(zai)樣品(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)1710cm -根據(ju)報告，峰其(qi)可(ke)分(fen)配到內酯或非芳族羧基(ji)C = O拉伸(shen)在(zai)1712cm -1處(chu)(chu)發(fa)生(sheng)。可(ke)分(fen)配1600-1650cm-1的(de)(de)(de)(de)帶(dai)(dai)C = O醌基(ji)。發(fa)現(xian)以下頻段：1652cm-1NE，1629厘米-1為NB / NE，和(he)1641厘米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)(de)(de)常見頻帶(dai)(dai)尚未(wei)明確解釋(shi)。芳環拉伸(shen)對被分(fen)配到高度(du)共軛的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎上。在(zai)2900cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)峰對應(ying)于以下官能團(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)1700cm -一(yi)系列中(zhong)等強度(du)的(de)(de)(de)(de)峰值可(ke)歸因于酮(tong)、酯、醛和(he)羧酸的(de)(de)(de)(de)存在(zai)C = O和(he)C = C的(de)(de)(de)(de)伸(shen)長。在(zai)1038cm -1處(chu)(chu)， NE與酒精(jing)相對應(ying)CO振動(dong)拉伸(shen)峰。

　　平衡等溫線

　　對乙(yi)酰氨基酚NE，NB和ML37活性(xing)炭(tan)實驗吸附(fu)(fu)數據℃在圖3中(zhong)繪(hui)制。等溫線表(biao)示，NB*高吸附(fu)(fu)容量(liang)和*高吸附(fu)(fu)容量(liang)V MICO(厘米3 /克)，但由(you)于微孔(kong)和吸附(fu)(fu)能力之間沒有(you)線性(xing)關系(xi)ML以(yi)較低的價(jia)值呈現類似的值Vmicro(表(biao) 2)。結果(guo)表(biao)明(ming)，活性(xing)炭(tan)的吸附(fu)(fu)能力與(yu)其結構(gou)性(xing)質(zhi)沒有(you)簡(jian)單的關系(xi)。它還表(biao)明(ming)，碳表(biao)面化學被認為是稀釋水溶液中(zhong)吸附(fu)(fu)機制的重(zhong)要(yao)因素。

　　活性(xing)(xing)炭表(biao)面對乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚分(fen)子的(de)(de)壓實(shi)有(you)效性(xing)(xing)與(yu)吸附(fu)位置的(de)(de)*佳分(fen)布有(you)關(guan)。乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚分(fen)子處于非(fei)離子狀態SGF活性(xing)(xing)炭表(biao)面顯示活性(xing)(xing)炭面積的(de)(de)測定NB> NE> ML順(shun)序有(you)更好(hao)的(de)(de)方向。原因可能是吸附(fu)的(de)(de)活性(xing)(xing)位點分(fen)別更好(hao)地(di)分(fen)布在結構和功能平面上。

　　本研究報告的(de)結果表明(ming)，活性(xing)炭(tan)ML可以設想為從SGF去除對乙酰氨基酚的(de)替代吸(xi)附(fu)劑。ML與商業(ye)標準NB和(he)NE沒有明(ming)顯的(de)差(cha)異。CO 2等溫(wen)線表明(ming)ML有相似(si)之處(chu)NE圖案紋理(li)的(de)微孔(kong)(kong)材料。從三種活性(xing)炭(tan)的(de)比較(jiao)可以看出，微孔(kong)(kong)結構和(he)表面(mian)化(hua)學(xue)性(xing)質在定義吸(xi)附(fu)能力方面(mian)起著關鍵(jian)作用。

　　確(que)定(ding)對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚(fen)對(dui)SGF中(zhong)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)吸附過程是(shi)(shi)自發的(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)(zai)大多(duo)數(shu)情況下，這些模型與分(fen)析的(de)(de)數(shu)據非常(chang)一致，這取(qu)決于活(huo)性(xing)炭的(de)(de)類型。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚(fen)的(de)(de)吸附可能發生(sheng)在(zai)(zai)特定(ding)部位和基底區域。氧(yang)化(hua)過程雖然由(you)氧(yang)表(biao)面(mian)團(tuan)進行(xing)，但之前(qian)的(de)(de)結果表(biao)明(ming)，不(bu)僅這些氧(yang)基的(de)(de)分(fen)布(bu)性(xing)質和分(fen)布(bu)變得非常(chang)重要。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚(fen)分(fen)子橫截面(mian)積的(de)(de)估(gu)計表(biao)明(ming)是(shi)(shi)肯定(ding)的(de)(de)。