活性炭(tan)對吡啶吸(xi)附的研究

　　吡啶是一種無色易燃液體，氣味難聞，廣泛用(yong)于制造精細(xi)化學(xue)品（如藥物(wu)(wu)、維生素、染料）、農業化學(xue)品等(deng)。因此，它在工業廢(fei)水中很常見，導(dao)致環境污染問題。這促使人們(men)開發了一些去除水溶液中污染物(wu)(wu)的方法(fa)，如生物(wu)(wu)降解(jie)、臭氧化、吸附(fu)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(zhi)幾種芳香(xiang)污(wu)染物（揮發性(xing)(xing)有機(ji)化合(he)物、酚類、農藥和(he)除草(cao)劑(ji)）的*佳(jia)可行技術之一。此外，據報(bao)道，活性(xing)(xing)炭可以有效(xiao)地從水溶(rong)液中去(qu)除吡啶。

　　多孔(kong)材料的(de)整體(ti)吸附速率包括(kuo)三個連續步驟：外部(bu)質量傳遞、顆(ke)粒內(nei)擴(kuo)散和固(gu)體(ti)基質活性位點的(de)吸附。顆(ke)粒內(nei)擴(kuo)散可能是由于孔(kong)體(ti)積擴(kuo)散、表(biao)(biao)面擴(kuo)散或(huo)兩種(zhong)機(ji)制的(de)組(zu)合。孔(kong)體(ti)積擴(kuo)散是指流(liu)體(ti)相(xiang)中濃(nong)度梯(ti)(ti)度(即分(fen)(fen)子機(ji)制)引起(qi)的(de)吸附物的(de)運動，但受多孔(kong)基質幾何(he)形狀的(de)影響(xiang)。孔(kong)體(ti)積擴(kuo)散僅(jin)取(qu)決于分(fen)(fen)子擴(kuo)散系數和微尺度相(xiang)的(de)空間分(fen)(fen)布。后一(yi)種(zhong)概(gai)念定義(yi)了(le)孔(kong)隙度和曲折(zhe)度等多孔(kong)介質的(de)幾何(he)特性。表(biao)(biao)面擴(kuo)散是指被吸附物通過固(gu)體(ti)表(biao)(biao)面的(de)運動受到相(xiang)分(fen)(fen)布的(de)影響(xiang)； 表(biao)(biao)面濃(nong)度梯(ti)(ti)度是主要驅動力。

　　在像(xiang)活性(xing)(xing)炭這(zhe)樣呈(cheng)現層次(ci)結構的(de)(de)許(xu)多系統中，主要挑戰(zhan)之一是(shi)對(dui)便捷的(de)(de)觀察(cha)范圍的(de)(de)理(li)論描述。因此，宏觀平均值足以設計和(he)建模，但需(xu)要一種(zhong)放大方法(fa)來(lai)考慮較小的(de)(de)物理(li)尺寸(cun)。標準程序是(shi)多種(zhong)運輸(shu)(shu)問題中使(shi)用(yong)的(de)(de)體積平均法(fa)。考慮到均相(xiang)(xiang)兩相(xiang)(xiang)多孔介(jie)質中的(de)(de)線(xian)(xian)性(xing)(xing)等溫線(xian)(xian)，理(li)論上升級(ji)了(le)溶(rong)質的(de)(de)擴(kuo)散和(he)吸附(fu)運輸(shu)(shu)，并報告了(le)用(yong)于預測有效性(xing)(xing)的(de)(de)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)閉合(he)問題。隨后(hou)，將散裝和(he)表(biao)面(mian)反應的(de)(de)效果納入(ru)包裝棉(mian)線(xian)(xian)染色的(de)(de)研究(jiu)，并報告了(le)預測有效性(xing)(xing)的(de)(de)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)問題。盡管如(ru)此，反應條件對(dui)有效性(xing)(xing)（如(ru)有效擴(kuo)散率(lv)）的(de)(de)影(ying)響尚不(bu)清(qing)楚，并在文獻中做(zuo)了(le)一些努力(li)來(lai)深入(ru)了(le)解這(zhe)個(ge)問題。

　　本文從(cong)放大過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)研(yan)究了吡啶在活性(xing)炭上的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附，并確定了相應的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效運輸性(xing)能。微(wei)觀(guan)尺度(du)現(xian)象是(shi)通過(guo)體積平均法(fa)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)。因此(ci)，獲得(de)宏觀(guan)控制方(fang)程，以有(you)效性(xing)表(biao)示。這(zhe)些方(fang)程用于解釋實驗數據，預測(ce)孔隙和(he)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效擴散率。因此(ci)，假設微(wei)觀(guan)結構具有(you)簡單的(de)(de)(de)(de)(de)幾(ji)何形狀（圓(yuan)柱體和(he)球體的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)序介質）或從(cong)SEM(掃描電子顯微(wei)鏡(jing))獲取顯微(wei)照(zhao)片處理的(de)(de)(de)(de)(de)圖像。此(ci)外，作為(wei)粗略估計，報道了點表(biao)面擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用(yong)500mL錐形瓶作為分批吸(xi)附劑獲取實(shi)驗吸(xi)附平(ping)衡數(shu)據(ju)。將(jiang)已(yi)知負荷活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)尼龍網袋(dai)放入(ru)燒瓶中，然(ran)后加入(ru)吡(bi)啶溶(rong)(rong)液。恒(heng)溫持續攪拌是吸(xi)附過程(cheng)。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗吸(xi)附平(ping)衡數(shu)據(ju)如下。將(jiang)具有1g 活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)和480mL尼龍網袋(dai)(在吡(bi)啶溶(rong)(rong)液中)pH = 在批量吸(xi)附器(qi)中加入(ru)已(yi)知的(de)(de)(de)(de)初始(shi)濃(nong)度(du)(du)(du)(du)。在不同pH在溫度(du)(du)(du)(du)下，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)進行了(le)(le)15次實(shi)驗。粒(li)度(du)(du)(du)(du)分布(bu)分析(xi)了(le)(le)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)量為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)(de)變化。將(jiang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)添加到溶(rong)(rong)解中SFG對乙酰氨基酚(fen)溶(rong)(rong)液在室溫下(37).0±0.1℃)下以(yi)100rpm恒(heng)速(su)攪拌保持4小時。然(ran)后過濾樣品(pin)5ml用(yong)于(yu)溶(rong)(rong)液提取物UV / VIS分析(xi)。對乙酰氨基酚(fen)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附量通(tong)過質量平(ping)衡計算。在濃(nong)度(du)(du)(du)(du)分析(xi)中使用(yong)以(yi)前建立的(de)(de)(de)(de)線性(xing)關(guan)系。對于(yu)高濃(nong)度(du)(du)(du)(du)溶(rong)(rong)液，需要稀釋區域分析(xi)。將(jiang)吸(xi)光度(du)(du)(du)(du)讀數(shu)從校準曲線中取出，確定相應于(yu)等溫線中每個點的(de)(de)(de)(de)平(ping)衡濃(nong)度(du)(du)(du)(du)。平(ping)衡時的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附量qe(mg / g)。

　　活性(xing)炭表面官能團(tuan)的(de)鑒定

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)(de)(de)共同(tong)譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)帶(dai)屬(shu)于堿基(ji)(ji)(ji)-OH拉(la)伸(shen)(shen)。2852和(he)2921cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)(de)峰(feng)值是(shi)由于脂族(zu)(zu)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)CH，CH 2和(he)CH 三基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)預計1125cm -1處(chu)(chu)與(yu)羧(suo)基(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)有關。樣品NB可(ke)分(fen)配(pei)(pei)給內酯基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)1737顯示cm -一帶(dai)，在(zai)(zai)樣品中(zhong)(zhong)NE中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根據報告，峰(feng)其(qi)可(ke)分(fen)配(pei)(pei)到內酯或非芳族(zu)(zu)羧(suo)基(ji)(ji)(ji)C = O拉(la)伸(shen)(shen)在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)(chu)發生。可(ke)分(fen)配(pei)(pei)1600-1650cm-1的(de)(de)(de)帶(dai)C = O醌基(ji)(ji)(ji)。發現以(yi)下頻(pin)段(duan)：1652cm-1NE，1629厘(li)米(mi)-1為(wei)NB / NE，和(he)1641厘(li)米(mi)-1為(wei)ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)(de)常見頻(pin)帶(dai)尚未明確解(jie)釋。芳環拉(la)伸(shen)(shen)對(dui)被分(fen)配(pei)(pei)到高度共軛(e)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)(de)峰(feng)對(dui)應(ying)(ying)于以(yi)下官(guan)能團(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外(wai)，波數1400和(he)1700cm -一系列中(zhong)(zhong)等強度的(de)(de)(de)峰(feng)值可(ke)歸因(yin)于酮、酯、醛和(he)羧(suo)酸的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)C = O和(he)C = C的(de)(de)(de)伸(shen)(shen)長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)(chu)， NE與(yu)酒精相對(dui)應(ying)(ying)CO振動拉(la)伸(shen)(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚(fen)NE，NB和(he)ML37活性炭(tan)實驗吸(xi)(xi)附(fu)(fu)數(shu)據℃在圖3中(zhong)繪制。等溫線(xian)表(biao)(biao)示，NB*高吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容量(liang)和(he)*高吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容量(liang)V MICO(厘米3 /克(ke))，但由于(yu)微(wei)孔和(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)之間沒有線(xian)性關(guan)系(xi)ML以(yi)較低的(de)價值呈現類似的(de)值Vmicro(表(biao)(biao) 2)。結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明，活性炭(tan)的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力(li)與(yu)其結(jie)(jie)構性質沒有簡單(dan)的(de)關(guan)系(xi)。它還(huan)表(biao)(biao)明，碳表(biao)(biao)面化學(xue)被認為是稀釋(shi)水溶液中(zhong)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)機制的(de)重要因素。

　　活(huo)性炭(tan)表面(mian)對乙酰(xian)氨基酚分(fen)子(zi)的(de)壓實有(you)效性與吸(xi)(xi)附(fu)位置的(de)*佳分(fen)布(bu)有(you)關。乙酰(xian)氨基酚分(fen)子(zi)處于非離子(zi)狀(zhuang)態SGF活(huo)性炭(tan)表面(mian)顯(xian)示活(huo)性炭(tan)面(mian)積的(de)測定NB> NE> ML順序(xu)有(you)更好(hao)的(de)方向。原因可能是吸(xi)(xi)附(fu)的(de)活(huo)性位點分(fen)別更好(hao)地(di)分(fen)布(bu)在結構和功能平面(mian)上。

　　本研(yan)究報告的(de)結(jie)果表明，活(huo)性炭ML可以(yi)設想為從SGF去除對(dui)乙酰氨基酚的(de)替代吸(xi)附劑。ML與商(shang)業標準NB和NE沒有(you)(you)明顯的(de)差異。CO 2等溫(wen)線(xian)表明ML有(you)(you)相似之處NE圖案紋(wen)理的(de)微(wei)孔材料。從三種活(huo)性炭的(de)比較可以(yi)看出(chu)，微(wei)孔結(jie)構和表面化學性質(zhi)在定義吸(xi)附能力方面起著關鍵作用。

　　確定對(dui)(dui)乙酰氨(an)基(ji)(ji)酚(fen)對(dui)(dui)SGF中(zhong)活性炭的(de)(de)(de)(de)吸附過程(cheng)是自發(fa)的(de)(de)(de)(de)(ΔG<0)。在大多數情況下，這(zhe)些模型(xing)與(yu)分(fen)析的(de)(de)(de)(de)數據(ju)非常一(yi)致，這(zhe)取(qu)決于(yu)活性炭的(de)(de)(de)(de)類型(xing)。對(dui)(dui)乙酰氨(an)基(ji)(ji)酚(fen)的(de)(de)(de)(de)吸附可能發(fa)生在特定部位和基(ji)(ji)底區域。氧(yang)化過程(cheng)雖然由(you)氧(yang)表(biao)面團進(jin)行(xing)，但(dan)之(zhi)前的(de)(de)(de)(de)結果表(biao)明，不僅這(zhe)些氧(yang)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布性質和分(fen)布變得非常重要(yao)。對(dui)(dui)乙酰氨(an)基(ji)(ji)酚(fen)分(fen)子橫截面積的(de)(de)(de)(de)估(gu)計表(biao)明是肯定的(de)(de)(de)(de)。