活(huo)性炭對吡啶(ding)吸附的研究

　　吡啶是一(yi)種無(wu)色易燃液體，氣味難聞(wen)，廣泛(fan)用于制造精細化學品（如藥(yao)物、維生(sheng)素、染料）、農業(ye)化學品等。因此，它在工業(ye)廢水(shui)中(zhong)很常見，導致環境污染問題(ti)。這(zhe)促(cu)使人們開發了(le)一(yi)些(xie)去除水(shui)溶液中(zhong)污染物的方法，如生(sheng)物降解(jie)、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(zhi)幾種芳香污染(ran)物（揮發性有(you)機化合物、酚類、農(nong)藥和除草(cao)劑）的*佳可(ke)(ke)行技術之(zhi)一(yi)。此(ci)外，據報道(dao)，活性炭可(ke)(ke)以有(you)效地從水溶液中去除吡啶。

　　多(duo)孔(kong)材料的整體(ti)(ti)(ti)吸(xi)附速(su)率包(bao)括(kuo)三個連續步驟：外部(bu)質量傳(chuan)遞、顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)和(he)固(gu)體(ti)(ti)(ti)基質活性位點的吸(xi)附。顆粒(li)內擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)可能(neng)是(shi)由于孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)、表(biao)面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)或兩(liang)種機制的組合。孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)是(shi)指流體(ti)(ti)(ti)相中(zhong)濃度(du)梯度(du)(即分子機制)引起的吸(xi)附物的運動，但受多(duo)孔(kong)基質幾何形狀的影(ying)響(xiang)。孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)僅取決于分子擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)系(xi)數和(he)微尺度(du)相的空(kong)間分布。后一種概念(nian)定義了孔(kong)隙度(du)和(he)曲折度(du)等多(duo)孔(kong)介質的幾何特性。表(biao)面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)是(shi)指被吸(xi)附物通過固(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)的運動受到(dao)相分布的影(ying)響(xiang)； 表(biao)面(mian)(mian)濃度(du)梯度(du)是(shi)主要(yao)驅動力。

　　在(zai)像活性(xing)炭這(zhe)樣呈現層次結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)許多(duo)系統中(zhong)，主要挑戰之一是對便捷的(de)(de)(de)觀(guan)察范圍(wei)的(de)(de)(de)理(li)(li)論(lun)描述。因此(ci)，宏觀(guan)平均值足以設計和建模，但(dan)需要一種(zhong)放大(da)方法(fa)來考慮(lv)較(jiao)小的(de)(de)(de)物理(li)(li)尺寸(cun)。標準程序是多(duo)種(zhong)運輸問(wen)題中(zhong)使用的(de)(de)(de)體(ti)積平均法(fa)。考慮(lv)到均相(xiang)(xiang)(xiang)兩相(xiang)(xiang)(xiang)多(duo)孔(kong)介質中(zhong)的(de)(de)(de)線(xian)性(xing)等溫線(xian)，理(li)(li)論(lun)上(shang)升級(ji)了溶質的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)和吸附運輸，并報告(gao)(gao)了用于預測有(you)(you)效(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)閉合問(wen)題。隨后，將散(san)裝(zhuang)和表面反應的(de)(de)(de)效(xiao)果(guo)納入(ru)包(bao)裝(zhuang)棉線(xian)染色的(de)(de)(de)研(yan)究，并報告(gao)(gao)了預測有(you)(you)效(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)問(wen)題。盡管(guan)如此(ci)，反應條件對有(you)(you)效(xiao)性(xing)（如有(you)(you)效(xiao)擴(kuo)散(san)率）的(de)(de)(de)影響(xiang)尚不清楚，并在(zai)文獻中(zhong)做了一些努力來深(shen)入(ru)了解這(zhe)個問(wen)題。

　　本文從(cong)放大過程(cheng)的角度(du)研(yan)究(jiu)了吡啶(ding)在(zai)活性炭上(shang)的吸附，并確定了相(xiang)應的有(you)效運(yun)輸性能。微觀尺度(du)現(xian)象是通(tong)過體(ti)積平均法研(yan)究(jiu)的。因此(ci)，獲得宏觀控制(zhi)方(fang)程(cheng)，以有(you)效性表示。這些方(fang)程(cheng)用于(yu)解釋實驗數據，預測(ce)孔隙(xi)和(he)(he)表面的有(you)效擴散率。因此(ci)，假設微觀結構具有(you)簡單的幾何(he)形狀(zhuang)（圓柱體(ti)和(he)(he)球體(ti)的有(you)序介質）或從(cong)SEM(掃(sao)描電(dian)子顯微鏡)獲取顯微照片處(chu)理的圖像。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(yong)500mL錐(zhui)形(xing)瓶作為(wei)分(fen)(fen)批吸(xi)附(fu)(fu)劑獲(huo)取實驗吸(xi)附(fu)(fu)平衡(heng)數(shu)據。將(jiang)已(yi)知負荷活(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)尼(ni)龍(long)網袋(dai)放(fang)入燒(shao)瓶中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，然后加入吡(bi)啶溶(rong)(rong)液。恒溫(wen)持續攪拌(ban)(ban)是吸(xi)附(fu)(fu)過程。活(huo)性炭(tan)(tan)上吡(bi)啶的(de)(de)(de)實驗吸(xi)附(fu)(fu)平衡(heng)數(shu)據如下(xia)(xia)。將(jiang)具有1g 活(huo)性炭(tan)(tan)和480mL尼(ni)龍(long)網袋(dai)(在(zai)吡(bi)啶溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批量吸(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)加入已(yi)知的(de)(de)(de)初(chu)始濃(nong)度(du)(du)。在(zai)不同pH在(zai)溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)，活(huo)性炭(tan)(tan)上吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)(tan)進行了15次(ci)實驗。粒(li)度(du)(du)分(fen)(fen)布分(fen)(fen)析了活(huo)性炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)。活(huo)性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)量為(wei)0.001至0.27g范(fan)圍(wei)內的(de)(de)(de)變化。將(jiang)活(huo)性炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)添(tian)加到溶(rong)(rong)解(jie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)SFG對乙酰(xian)氨基酚溶(rong)(rong)液在(zai)室(shi)溫(wen)下(xia)(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)(xia)以100rpm恒速攪拌(ban)(ban)保持4小時(shi)。然后過濾樣(yang)品(pin)5ml用(yong)于(yu)溶(rong)(rong)液提取物UV / VIS分(fen)(fen)析。對乙酰(xian)氨基酚的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)量通過質(zhi)量平衡(heng)計(ji)算(suan)。在(zai)濃(nong)度(du)(du)分(fen)(fen)析中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)使用(yong)以前建(jian)立的(de)(de)(de)線(xian)性關系(xi)。對于(yu)高濃(nong)度(du)(du)溶(rong)(rong)液，需(xu)要稀釋區域分(fen)(fen)析。將(jiang)吸(xi)光度(du)(du)讀數(shu)從校準曲線(xian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)取出，確定相應于(yu)等(deng)溫(wen)線(xian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)每個點的(de)(de)(de)平衡(heng)濃(nong)度(du)(du)。平衡(heng)時(shi)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)量qe(mg / g)。

　　活性炭表面(mian)官能團的鑒(jian)定

　　三種(zhong)活性炭(tan)(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的(de)共(gong)同譜(pu)帶，圖 2。3424cm -1中的(de)帶屬(shu)于(yu)堿基(ji)(ji)-OH拉伸(shen)。2852和(he)(he)2921cm -1處的(de)峰(feng)值(zhi)是由于(yu)脂(zhi)族的(de)存在(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三基(ji)(ji)團預計1125cm -1處與(yu)羧(suo)基(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)團有關(guan)。樣品(pin)NB可(ke)分(fen)(fen)配(pei)給內酯基(ji)(ji)團的(de)1737顯示cm -一帶，在(zai)樣品(pin)中NE中，在(zai)1710cm -根(gen)據報告，峰(feng)其可(ke)分(fen)(fen)配(pei)到內酯或非(fei)芳族羧(suo)基(ji)(ji)C = O拉伸(shen)在(zai)1712cm -1處發生。可(ke)分(fen)(fen)配(pei)1600-1650cm-1的(de)帶C = O醌基(ji)(ji)。發現以下頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘(li)(li)米-1為NB / NE，和(he)(he)1641厘(li)(li)米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)常(chang)見頻(pin)帶尚未明確(que)解釋。芳環(huan)拉伸(shen)對(dui)被(bei)分(fen)(fen)配(pei)到高度(du)共(gong)軛(e)的(de)基(ji)(ji)礎上(shang)。在(zai)2900cm -1處的(de)峰(feng)對(dui)應于(yu)以下官能團：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波(bo)數1400和(he)(he)1700cm -一系列中等強度(du)的(de)峰(feng)值(zhi)可(ke)歸因于(yu)酮、酯、醛(quan)和(he)(he)羧(suo)酸(suan)的(de)存在(zai)C = O和(he)(he)C = C的(de)伸(shen)長。在(zai)1038cm -1處， NE與(yu)酒(jiu)精(jing)相對(dui)應CO振動拉伸(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰(xian)氨基酚NE，NB和ML37活(huo)性(xing)(xing)炭實驗(yan)吸附數據℃在圖3中繪制。等溫線(xian)(xian)表(biao)(biao)示(shi)，NB*高吸附容(rong)量和*高吸附容(rong)量V MICO(厘(li)米3 /克(ke))，但由于微孔和吸附能力(li)之間沒(mei)有(you)線(xian)(xian)性(xing)(xing)關系(xi)ML以較低的(de)價值呈現類似的(de)值Vmicro(表(biao)(biao) 2)。結果(guo)表(biao)(biao)明，活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)吸附能力(li)與其(qi)結構性(xing)(xing)質沒(mei)有(you)簡單的(de)關系(xi)。它還表(biao)(biao)明，碳表(biao)(biao)面化學(xue)被認為是稀(xi)釋水溶液中吸附機制的(de)重(zhong)要因素。

　　活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表面對(dui)乙(yi)(yi)酰氨(an)(an)基酚分(fen)子(zi)的(de)(de)壓實有效(xiao)性(xing)與吸(xi)附(fu)位置的(de)(de)*佳分(fen)布(bu)有關(guan)。乙(yi)(yi)酰氨(an)(an)基酚分(fen)子(zi)處于非(fei)離子(zi)狀(zhuang)態(tai)SGF活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表面顯示活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)面積(ji)的(de)(de)測定NB> NE> ML順序有更好的(de)(de)方(fang)向。原因可(ke)能(neng)是(shi)吸(xi)附(fu)的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)位點分(fen)別更好地分(fen)布(bu)在結構和功能(neng)平面上。

　　本研究報告的(de)結果表(biao)明(ming)，活性炭ML可以設想為從SGF去除對(dui)乙酰氨基酚的(de)替代吸附(fu)劑(ji)。ML與商(shang)業標準NB和NE沒有明(ming)顯的(de)差異(yi)。CO 2等(deng)溫線表(biao)明(ming)ML有相似(si)之處NE圖案紋理的(de)微(wei)孔材料。從三種活性炭的(de)比較可以看出，微(wei)孔結構和表(biao)面(mian)化學性質在定義吸附(fu)能力方面(mian)起著關鍵作用。

　　確定對乙(yi)酰氨(an)基(ji)(ji)(ji)酚對SGF中活(huo)性炭的(de)(de)吸附(fu)過程是自(zi)發的(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)大多數情(qing)況下(xia)，這些模型與分析的(de)(de)數據非(fei)常一致，這取決于(yu)活(huo)性炭的(de)(de)類型。對乙(yi)酰氨(an)基(ji)(ji)(ji)酚的(de)(de)吸附(fu)可能(neng)發生在(zai)特定部位和基(ji)(ji)(ji)底(di)區域。氧(yang)(yang)化(hua)過程雖然(ran)由氧(yang)(yang)表面團進行，但之前的(de)(de)結(jie)果表明，不僅這些氧(yang)(yang)基(ji)(ji)(ji)的(de)(de)分布性質和分布變得非(fei)常重要。對乙(yi)酰氨(an)基(ji)(ji)(ji)酚分子橫截面積的(de)(de)估計表明是肯定的(de)(de)。