活性炭對吡啶(ding)吸附的研(yan)究(jiu)

　　吡啶是一種無色易燃液體，氣味(wei)難聞，廣泛用于制造精細化(hua)學(xue)品(pin)（如藥物(wu)、維生素、染料）、農業化(hua)學(xue)品(pin)等。因此，它在工業廢水(shui)中很常見，導(dao)致環境污染問題(ti)。這促使(shi)人們開發了一些去除(chu)水(shui)溶液中污染物(wu)的方法(fa)，如生物(wu)降(jiang)解、臭氧(yang)化(hua)、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。活性炭是控制幾種芳香污染(ran)物（揮發性(xing)(xing)有機化合物、酚類、農藥和除草(cao)劑）的*佳可行技術之(zhi)一。此外，據報(bao)道，活性(xing)(xing)炭可以有效地從水溶(rong)液中去除吡啶。

　　多孔材(cai)料的(de)(de)(de)(de)整體(ti)(ti)吸附速(su)率包括三個連續步驟：外部質量傳遞(di)、顆(ke)粒內擴(kuo)散(san)(san)和固體(ti)(ti)基(ji)質活性(xing)位點(dian)的(de)(de)(de)(de)吸附。顆(ke)粒內擴(kuo)散(san)(san)可能是(shi)由于(yu)孔體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)、表(biao)(biao)面(mian)(mian)擴(kuo)散(san)(san)或兩(liang)種(zhong)機制的(de)(de)(de)(de)組合。孔體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)是(shi)指流(liu)體(ti)(ti)相(xiang)中濃度(du)(du)梯(ti)(ti)度(du)(du)(即分子(zi)機制)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)吸附物(wu)的(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)，但(dan)受多孔基(ji)質幾何形狀的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。孔體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)僅取決于(yu)分子(zi)擴(kuo)散(san)(san)系數和微尺度(du)(du)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)空間分布。后一(yi)種(zhong)概念定(ding)義了孔隙(xi)度(du)(du)和曲折度(du)(du)等多孔介(jie)質的(de)(de)(de)(de)幾何特性(xing)。表(biao)(biao)面(mian)(mian)擴(kuo)散(san)(san)是(shi)指被(bei)吸附物(wu)通過固體(ti)(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)受到相(xiang)分布的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)； 表(biao)(biao)面(mian)(mian)濃度(du)(du)梯(ti)(ti)度(du)(du)是(shi)主要(yao)驅動(dong)力(li)。

　　在(zai)像活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)這樣呈現層次結構的(de)(de)(de)許多系(xi)統中(zhong)，主要挑(tiao)戰之(zhi)一是對(dui)便捷(jie)的(de)(de)(de)觀察范(fan)圍的(de)(de)(de)理(li)論(lun)描(miao)述(shu)。因此，宏觀平(ping)均值足以設計和建模，但需要一種(zhong)放大方法來(lai)考慮(lv)較小(xiao)的(de)(de)(de)物(wu)理(li)尺寸。標準程序是多種(zhong)運輸(shu)問題(ti)中(zhong)使用的(de)(de)(de)體積平(ping)均法。考慮(lv)到均相兩(liang)相多孔介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)線性(xing)(xing)等溫(wen)線，理(li)論(lun)上升(sheng)級(ji)了(le)(le)溶質(zhi)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)和吸附運輸(shu)，并報告(gao)了(le)(le)用于預測(ce)有(you)(you)效(xiao)(xiao)(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)相關(guan)閉合問題(ti)。隨后，將散(san)裝和表面反應的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)果納入(ru)包裝棉(mian)線染色的(de)(de)(de)研究，并報告(gao)了(le)(le)預測(ce)有(you)(you)效(xiao)(xiao)(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)相關(guan)問題(ti)。盡(jin)管(guan)如此，反應條(tiao)件對(dui)有(you)(you)效(xiao)(xiao)(xiao)性(xing)(xing)（如有(you)(you)效(xiao)(xiao)(xiao)擴(kuo)散(san)率(lv)）的(de)(de)(de)影響尚不清(qing)楚，并在(zai)文獻(xian)中(zhong)做了(le)(le)一些努力(li)來(lai)深入(ru)了(le)(le)解這個問題(ti)。

　　本文從放(fang)大過程(cheng)的(de)(de)角度研(yan)究(jiu)了(le)(le)(le)吡(bi)啶在(zai)活性炭(tan)上的(de)(de)吸(xi)附(fu)，并確定了(le)(le)(le)相應的(de)(de)有效運輸性能(neng)。微(wei)觀尺度現象是通過體(ti)(ti)積平(ping)均法研(yan)究(jiu)的(de)(de)。因(yin)此，獲得宏觀控制方程(cheng)，以有效性表示。這些方程(cheng)用于解釋(shi)實驗數據，預測孔隙和(he)(he)表面的(de)(de)有效擴散率。因(yin)此，假設微(wei)觀結構具(ju)有簡單的(de)(de)幾(ji)何形狀（圓(yuan)柱體(ti)(ti)和(he)(he)球體(ti)(ti)的(de)(de)有序介質）或從SEM(掃(sao)描(miao)電子(zi)顯微(wei)鏡)獲取顯微(wei)照片處理的(de)(de)圖像。此外，作為(wei)粗略估計，報道了(le)(le)(le)點表面擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用(yong)(yong)500mL錐形瓶作為(wei)分批吸(xi)附(fu)(fu)劑獲(huo)取(qu)(qu)(qu)實(shi)(shi)驗吸(xi)附(fu)(fu)平(ping)衡(heng)(heng)數(shu)(shu)據。將已(yi)知負(fu)荷活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)尼龍網袋(dai)放(fang)入(ru)(ru)燒瓶中，然后加(jia)入(ru)(ru)吡啶溶(rong)(rong)液(ye)。恒(heng)溫(wen)持續攪(jiao)拌(ban)是吸(xi)附(fu)(fu)過(guo)程。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上吡啶的(de)實(shi)(shi)驗吸(xi)附(fu)(fu)平(ping)衡(heng)(heng)數(shu)(shu)據如下(xia)(xia)。將具有1g 活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和480mL尼龍網袋(dai)(在(zai)(zai)吡啶溶(rong)(rong)液(ye)中)pH = 在(zai)(zai)批量(liang)吸(xi)附(fu)(fu)器中加(jia)入(ru)(ru)已(yi)知的(de)初始濃(nong)(nong)度(du)(du)。在(zai)(zai)不同pH在(zai)(zai)溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上吡啶的(de)吸(xi)?的(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進行了(le)15次實(shi)(shi)驗。粒度(du)(du)分布分析(xi)了(le)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)量(liang)為(wei)0.001至(zhi)0.27g范圍內的(de)變(bian)化。將活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)添加(jia)到溶(rong)(rong)解中SFG對乙酰(xian)氨(an)基酚溶(rong)(rong)液(ye)在(zai)(zai)室(shi)溫(wen)下(xia)(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)(xia)以100rpm恒(heng)速攪(jiao)拌(ban)保持4小(xiao)時。然后過(guo)濾樣(yang)品(pin)5ml用(yong)(yong)于溶(rong)(rong)液(ye)提取(qu)(qu)(qu)物UV / VIS分析(xi)。對乙酰(xian)氨(an)基酚的(de)吸(xi)附(fu)(fu)量(liang)通(tong)過(guo)質量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)計(ji)算。在(zai)(zai)濃(nong)(nong)度(du)(du)分析(xi)中使用(yong)(yong)以前建立(li)的(de)線性(xing)關(guan)系。對于高濃(nong)(nong)度(du)(du)溶(rong)(rong)液(ye)，需要稀釋區(qu)域分析(xi)。將吸(xi)光(guang)度(du)(du)讀(du)數(shu)(shu)從校(xiao)準曲(qu)線中取(qu)(qu)(qu)出(chu)，確(que)定相應于等(deng)溫(wen)線中每個(ge)點的(de)平(ping)衡(heng)(heng)濃(nong)(nong)度(du)(du)。平(ping)衡(heng)(heng)時的(de)吸(xi)附(fu)(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活(huo)性炭表面官能團(tuan)的鑒定

　　三種(zhong)活(huo)性炭(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的(de)共(gong)同(tong)譜帶(dai)，圖(tu) 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶(dai)屬于(yu)堿基-OH拉(la)伸。2852和(he)(he)2921cm -1處(chu)的(de)峰(feng)值(zhi)是由(you)于(yu)脂族(zu)的(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三基團預計1125cm -1處(chu)與(yu)羧(suo)(suo)基-OH基團有(you)關(guan)。樣品(pin)(pin)NB可(ke)分(fen)配(pei)(pei)給內酯基團的(de)1737顯示(shi)cm -一帶(dai)，在(zai)(zai)(zai)樣品(pin)(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)(zai)1710cm -根(gen)據報告，峰(feng)其可(ke)分(fen)配(pei)(pei)到內酯或(huo)非芳(fang)族(zu)羧(suo)(suo)基C = O拉(la)伸在(zai)(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發(fa)生。可(ke)分(fen)配(pei)(pei)1600-1650cm-1的(de)帶(dai)C = O醌(kun)基。發(fa)現以下頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘米-1為NB / NE，和(he)(he)1641厘米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見頻(pin)帶(dai)尚(shang)未明(ming)確(que)解釋。芳(fang)環拉(la)伸對(dui)被分(fen)配(pei)(pei)到高度共(gong)軛的(de)基礎上。在(zai)(zai)(zai)2900cm -1處(chu)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(zhong)等強度的(de)峰(feng)值(zhi)可(ke)歸因(yin)于(yu)酮、酯、醛和(he)(he)羧(suo)(suo)酸的(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)C = O和(he)(he)C = C的(de)伸長。在(zai)(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與(yu)酒(jiu)精相對(dui)應CO振(zhen)動(dong)拉(la)伸峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨(an)基酚NE，NB和ML37活性(xing)(xing)炭(tan)實驗吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)數據(ju)℃在圖3中繪制(zhi)。等溫線表示，NB*高吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)容量和*高吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)容量V MICO(厘米3 /克)，但(dan)由于(yu)微(wei)孔和吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)能力之間沒(mei)有線性(xing)(xing)關(guan)系(xi)ML以較低的價(jia)值(zhi)呈現類(lei)似的值(zhi)Vmicro(表 2)。結果表明(ming)，活性(xing)(xing)炭(tan)的吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)能力與(yu)其(qi)結構(gou)性(xing)(xing)質沒(mei)有簡單的關(guan)系(xi)。它(ta)還表明(ming)，碳表面化(hua)學被(bei)認為是(shi)稀釋(shi)水溶(rong)液中吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)機制(zhi)的重要(yao)因素。

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)對乙酰(xian)氨(an)基(ji)酚分子的(de)壓實(shi)有效(xiao)性(xing)(xing)與吸(xi)附位置的(de)*佳分布有關。乙酰(xian)氨(an)基(ji)酚分子處于非離子狀態SGF活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)顯(xian)示活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)面(mian)積(ji)的(de)測定NB> NE> ML順序(xu)有更好(hao)(hao)的(de)方向。原(yuan)因可能(neng)是吸(xi)附的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)位點分別更好(hao)(hao)地分布在結構和功能(neng)平面(mian)上。

　　本研究報告(gao)的(de)結果表明，活性炭ML可(ke)(ke)以設想為從SGF去除對(dui)乙(yi)酰氨基酚的(de)替(ti)代吸(xi)附劑。ML與商業標準NB和(he)(he)NE沒有明顯的(de)差異。CO 2等溫線表明ML有相似(si)之處NE圖案(an)紋理的(de)微孔材料。從三種活性炭的(de)比較可(ke)(ke)以看出，微孔結構(gou)和(he)(he)表面(mian)化學性質在定義吸(xi)附能力方面(mian)起著關鍵作用。

　　確定(ding)(ding)對乙酰(xian)(xian)氨基(ji)(ji)酚對SGF中活性炭的吸附(fu)過程(cheng)(cheng)是自發(fa)的(ΔG<0)。在大多數情況下，這(zhe)些模型與(yu)分(fen)(fen)析的數據非常(chang)一(yi)致，這(zhe)取決于活性炭的類型。對乙酰(xian)(xian)氨基(ji)(ji)酚的吸附(fu)可能(neng)發(fa)生在特定(ding)(ding)部位和(he)基(ji)(ji)底(di)區(qu)域。氧化過程(cheng)(cheng)雖然由氧表(biao)(biao)(biao)面團進(jin)行，但之前的結果表(biao)(biao)(biao)明，不僅這(zhe)些氧基(ji)(ji)的分(fen)(fen)布性質和(he)分(fen)(fen)布變(bian)得非常(chang)重要。對乙酰(xian)(xian)氨基(ji)(ji)酚分(fen)(fen)子橫截(jie)面積的估計(ji)表(biao)(biao)(biao)明是肯(ken)定(ding)(ding)的。