活性炭對(dui)吡啶吸附的研究

　　吡啶(ding)是一種無色(se)易燃(ran)液體(ti)，氣味難聞，廣泛用于制造(zao)精細(xi)化(hua)學(xue)品(pin)（如藥物、維生素、染(ran)料）、農業化(hua)學(xue)品(pin)等(deng)。因(yin)此，它(ta)在工(gong)業廢水(shui)中很常見，導致環境污染(ran)問(wen)題。這促使人們開發了一些去除水(shui)溶液中污染(ran)物的方法，如生物降解、臭氧(yang)化(hua)、吸附等(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(ji)種芳香污染(ran)物（揮發性有(you)機化合(he)物、酚類、農藥和除(chu)草劑(ji)）的*佳可(ke)行技術之一(yi)。此外，據(ju)報道，活(huo)性炭(tan)可(ke)以有(you)效(xiao)地從(cong)水溶液中去除(chu)吡啶。

　　多孔(kong)(kong)(kong)材料的整體吸(xi)(xi)附(fu)(fu)速率包括(kuo)三個連續步驟：外部質量(liang)傳遞、顆(ke)粒內(nei)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)和(he)(he)固體基質活性位點(dian)的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)。顆(ke)粒內(nei)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)可(ke)能是由于(yu)(yu)孔(kong)(kong)(kong)體積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)、表面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)或兩(liang)種(zhong)機制(zhi)(zhi)的組合。孔(kong)(kong)(kong)體積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)是指流體相中濃(nong)度(du)梯度(du)(即(ji)分(fen)子(zi)機制(zhi)(zhi))引起的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)物(wu)的運動(dong)，但(dan)受(shou)多孔(kong)(kong)(kong)基質幾何(he)形狀的影(ying)響。孔(kong)(kong)(kong)體積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)僅(jin)取決于(yu)(yu)分(fen)子(zi)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)系數和(he)(he)微尺度(du)相的空間(jian)分(fen)布。后一種(zhong)概念定義了孔(kong)(kong)(kong)隙度(du)和(he)(he)曲折度(du)等(deng)多孔(kong)(kong)(kong)介(jie)質的幾何(he)特性。表面(mian)(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)是指被吸(xi)(xi)附(fu)(fu)物(wu)通過固體表面(mian)(mian)的運動(dong)受(shou)到(dao)相分(fen)布的影(ying)響； 表面(mian)(mian)濃(nong)度(du)梯度(du)是主要(yao)驅(qu)動(dong)力。

　　在像活性(xing)(xing)(xing)炭這(zhe)樣呈(cheng)現(xian)層次結構的(de)(de)(de)許(xu)多(duo)系統中(zhong)，主要挑戰(zhan)之(zhi)一(yi)是(shi)對(dui)便捷(jie)的(de)(de)(de)觀察范圍的(de)(de)(de)理(li)論描(miao)述。因此，宏觀平(ping)(ping)均值(zhi)足以設計和建(jian)模，但(dan)需要一(yi)種(zhong)放大(da)方法來(lai)考慮(lv)較小的(de)(de)(de)物理(li)尺寸。標準(zhun)程序(xu)是(shi)多(duo)種(zhong)運輸(shu)問(wen)題(ti)中(zhong)使用的(de)(de)(de)體積平(ping)(ping)均法。考慮(lv)到(dao)均相(xiang)兩相(xiang)多(duo)孔(kong)介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)(xing)等溫線(xian)，理(li)論上升(sheng)級了(le)溶質(zhi)的(de)(de)(de)擴散和吸附運輸(shu)，并報告了(le)用于預(yu)測有效(xiao)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)閉(bi)合問(wen)題(ti)。隨后(hou)，將散裝和表面(mian)反(fan)應的(de)(de)(de)效(xiao)果納入(ru)包裝棉線(xian)染(ran)色(se)的(de)(de)(de)研究(jiu)，并報告了(le)預(yu)測有效(xiao)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)(guan)問(wen)題(ti)。盡管如(ru)此，反(fan)應條(tiao)件對(dui)有效(xiao)性(xing)(xing)(xing)（如(ru)有效(xiao)擴散率）的(de)(de)(de)影響尚不清楚(chu)，并在文獻中(zhong)做了(le)一(yi)些努力來(lai)深入(ru)了(le)解這(zhe)個問(wen)題(ti)。

　　本文從(cong)(cong)放(fang)大過程的角度(du)研究了吡啶在(zai)活(huo)性(xing)炭上的吸附，并確定了相(xiang)應的有(you)(you)(you)效運輸(shu)性(xing)能。微(wei)(wei)觀尺度(du)現象是通過體積平均法研究的。因(yin)此，獲得宏觀控制(zhi)方(fang)程，以有(you)(you)(you)效性(xing)表示。這些方(fang)程用于解釋(shi)實(shi)驗數據(ju)，預測孔隙和表面的有(you)(you)(you)效擴(kuo)(kuo)散率。因(yin)此，假設微(wei)(wei)觀結構具(ju)有(you)(you)(you)簡單(dan)的幾何形狀（圓(yuan)柱(zhu)體和球體的有(you)(you)(you)序介質）或從(cong)(cong)SEM(掃描電子顯微(wei)(wei)鏡)獲取顯微(wei)(wei)照片(pian)處(chu)理的圖像。此外，作(zuo)為粗略(lve)估計，報道了點表面擴(kuo)(kuo)散率。

　　吸附平衡數據

　　使(shi)用500mL錐形瓶(ping)作為分批吸附劑獲取實驗吸附平(ping)衡(heng)(heng)數(shu)據。將(jiang)(jiang)已(yi)(yi)知負(fu)荷(he)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼(ni)龍網(wang)袋(dai)(dai)放入(ru)燒瓶(ping)中(zhong)(zhong)，然后(hou)加(jia)入(ru)吡(bi)啶溶液(ye)。恒溫(wen)持續攪(jiao)拌是(shi)吸附過程(cheng)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)(de)實驗吸附平(ping)衡(heng)(heng)數(shu)據如下。將(jiang)(jiang)具有1g 活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和480mL尼(ni)龍網(wang)袋(dai)(dai)(在(zai)吡(bi)啶溶液(ye)中(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)吸附器(qi)中(zhong)(zhong)加(jia)入(ru)已(yi)(yi)知的(de)(de)(de)初始濃(nong)度(du)(du)。在(zai)不同pH在(zai)溫(wen)度(du)(du)下，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)吡(bi)啶的(de)(de)(de)吸?的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進行了(le)(le)15次實驗。粒度(du)(du)分布(bu)分析(xi)了(le)(le)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品(pin)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)量(liang)為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)變化。將(jiang)(jiang)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品(pin)添加(jia)到溶解中(zhong)(zhong)SFG對(dui)乙酰(xian)氨基(ji)酚溶液(ye)在(zai)室(shi)溫(wen)下(37).0±0.1℃)下以(yi)100rpm恒速攪(jiao)拌保持4小時。然后(hou)過濾樣品(pin)5ml用于溶液(ye)提取物UV / VIS分析(xi)。對(dui)乙酰(xian)氨基(ji)酚的(de)(de)(de)吸附量(liang)通過質(zhi)量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)計算(suan)。在(zai)濃(nong)度(du)(du)分析(xi)中(zhong)(zhong)使(shi)用以(yi)前建立的(de)(de)(de)線(xian)性(xing)關系。對(dui)于高濃(nong)度(du)(du)溶液(ye)，需(xu)要稀釋(shi)區域分析(xi)。將(jiang)(jiang)吸光度(du)(du)讀數(shu)從(cong)校準(zhun)曲線(xian)中(zhong)(zhong)取出，確定相應于等溫(wen)線(xian)中(zhong)(zhong)每(mei)個(ge)點的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)濃(nong)度(du)(du)。平(ping)衡(heng)(heng)時的(de)(de)(de)吸附量(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表面(mian)官能團的(de)鑒定

　　三種(zhong)活性炭(tan)(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的(de)(de)(de)(de)共(gong)同譜帶，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)(de)(de)帶屬于堿基(ji)(ji)-OH拉伸。2852和(he)(he)2921cm -1處(chu)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)(feng)值是由于脂族的(de)(de)(de)(de)存在(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三基(ji)(ji)團預計1125cm -1處(chu)與羧(suo)基(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)團有關(guan)。樣(yang)(yang)品NB可(ke)分配(pei)給內酯基(ji)(ji)團的(de)(de)(de)(de)1737顯示cm -一帶，在(zai)樣(yang)(yang)品中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)1710cm -根據報告(gao)，峰(feng)(feng)其可(ke)分配(pei)到(dao)內酯或(huo)非芳(fang)族羧(suo)基(ji)(ji)C = O拉伸在(zai)1712cm -1處(chu)發生。可(ke)分配(pei)1600-1650cm-1的(de)(de)(de)(de)帶C = O醌基(ji)(ji)。發現以(yi)下頻段：1652cm-1NE，1629厘米(mi)-1為NB / NE，和(he)(he)1641厘米(mi)-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)(de)(de)常(chang)見頻帶尚未明確解釋。芳(fang)環拉伸對被分配(pei)到(dao)高度共(gong)軛的(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)礎(chu)上。在(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)(feng)對應于以(yi)下官能(neng)團：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數(shu)1400和(he)(he)1700cm -一系列中(zhong)等強度的(de)(de)(de)(de)峰(feng)(feng)值可(ke)歸(gui)因于酮(tong)、酯、醛和(he)(he)羧(suo)酸的(de)(de)(de)(de)存在(zai)C = O和(he)(he)C = C的(de)(de)(de)(de)伸長。在(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對應CO振動拉伸峰(feng)(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨(an)基(ji)酚NE，NB和ML37活(huo)(huo)性炭(tan)實驗吸(xi)附(fu)數據℃在圖3中繪制(zhi)。等(deng)溫線表(biao)示(shi)，NB*高吸(xi)附(fu)容(rong)量和*高吸(xi)附(fu)容(rong)量V MICO(厘(li)米3 /克)，但由于微孔(kong)和吸(xi)附(fu)能力之間沒有線性關系(xi)ML以較低(di)的(de)(de)價值呈(cheng)現(xian)類似(si)的(de)(de)值Vmicro(表(biao) 2)。結(jie)果表(biao)明(ming)，活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)吸(xi)附(fu)能力與其結(jie)構性質沒有簡單(dan)的(de)(de)關系(xi)。它還表(biao)明(ming)，碳(tan)表(biao)面化學被認為是稀釋水溶(rong)液(ye)中吸(xi)附(fu)機制(zhi)的(de)(de)重要(yao)因(yin)素。

　　活(huo)性(xing)炭表(biao)面對乙酰氨(an)基(ji)酚分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)壓(ya)實有(you)效(xiao)性(xing)與吸(xi)附位置的(de)(de)(de)*佳分(fen)布有(you)關。乙酰氨(an)基(ji)酚分(fen)子(zi)處(chu)于(yu)非離子(zi)狀態SGF活(huo)性(xing)炭表(biao)面顯示活(huo)性(xing)炭面積的(de)(de)(de)測定NB> NE> ML順序(xu)有(you)更好(hao)的(de)(de)(de)方向。原因可能是吸(xi)附的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)位點分(fen)別更好(hao)地分(fen)布在結構和(he)功(gong)能平面上。

　　本研(yan)究報告的(de)(de)結果(guo)表明(ming)，活(huo)性(xing)炭ML可(ke)以設(she)想為從SGF去除對乙酰氨基(ji)酚的(de)(de)替代吸附劑。ML與商(shang)業標準NB和NE沒有明(ming)顯(xian)的(de)(de)差異。CO 2等溫線表明(ming)ML有相似之處NE圖案紋理的(de)(de)微孔材料。從三種(zhong)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)比較可(ke)以看出(chu)，微孔結構和表面化學性(xing)質在定義吸附能力(li)方面起著關鍵(jian)作(zuo)用。

　　確定(ding)對(dui)乙酰氨(an)基(ji)(ji)酚對(dui)SGF中活性炭(tan)的(de)(de)吸附過程是自(zi)發(fa)的(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)大多數(shu)情(qing)況下(xia)，這些模型與分析(xi)的(de)(de)數(shu)據(ju)非常(chang)(chang)一(yi)致，這取決于活性炭(tan)的(de)(de)類型。對(dui)乙酰氨(an)基(ji)(ji)酚的(de)(de)吸附可能發(fa)生在(zai)特定(ding)部位和基(ji)(ji)底區域。氧化過程雖然由(you)氧表(biao)面團進行(xing)，但之前的(de)(de)結果(guo)表(biao)明，不僅這些氧基(ji)(ji)的(de)(de)分布(bu)性質(zhi)和分布(bu)變得非常(chang)(chang)重要。對(dui)乙酰氨(an)基(ji)(ji)酚分子(zi)橫截(jie)面積的(de)(de)估計表(biao)明是肯定(ding)的(de)(de)。