活(huo)性(xing)炭對吡啶吸附的(de)研究

　　吡啶是(shi)一種無色易(yi)燃液(ye)體，氣味難(nan)聞，廣泛用(yong)于制造精細化學品（如(ru)(ru)藥物、維(wei)生素、染料）、農業化學品等。因此，它在工(gong)業廢水中(zhong)很常見，導致環境污(wu)染問(wen)題。這促使(shi)人們開發了一些去除水溶液(ye)中(zhong)污(wu)染物的方法，如(ru)(ru)生物降解、臭氧化、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染物（揮發性有(you)機(ji)化合物、酚(fen)類、農(nong)藥(yao)和除草(cao)劑）的*佳可行技術之一。此(ci)外，據(ju)報道，活性炭(tan)可以有(you)效地從水溶(rong)液中去除吡啶(ding)。

　　多(duo)孔(kong)(kong)材料的(de)整體(ti)吸附速率包括三個連續步驟：外部質(zhi)量傳(chuan)遞、顆粒內擴散(san)(san)(san)和(he)(he)固(gu)體(ti)基質(zhi)活性(xing)位點的(de)吸附。顆粒內擴散(san)(san)(san)可能是由于孔(kong)(kong)體(ti)積擴散(san)(san)(san)、表面擴散(san)(san)(san)或兩種機(ji)制(zhi)的(de)組(zu)合。孔(kong)(kong)體(ti)積擴散(san)(san)(san)是指(zhi)流體(ti)相(xiang)中濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)(即(ji)分(fen)子機(ji)制(zhi))引起的(de)吸附物(wu)的(de)運動(dong)(dong)，但(dan)受(shou)多(duo)孔(kong)(kong)基質(zhi)幾何形狀的(de)影響(xiang)。孔(kong)(kong)體(ti)積擴散(san)(san)(san)僅(jin)取決(jue)于分(fen)子擴散(san)(san)(san)系數(shu)和(he)(he)微尺(chi)度(du)(du)相(xiang)的(de)空間分(fen)布。后(hou)一(yi)種概(gai)念定義了孔(kong)(kong)隙度(du)(du)和(he)(he)曲折度(du)(du)等多(duo)孔(kong)(kong)介質(zhi)的(de)幾何特性(xing)。表面擴散(san)(san)(san)是指(zhi)被吸附物(wu)通過固(gu)體(ti)表面的(de)運動(dong)(dong)受(shou)到相(xiang)分(fen)布的(de)影響(xiang)； 表面濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)是主(zhu)要驅動(dong)(dong)力。

　　在像活性(xing)炭這樣呈現層次結構的(de)(de)(de)許多(duo)系統中，主要(yao)挑戰(zhan)之一是對(dui)便捷的(de)(de)(de)觀察范(fan)圍的(de)(de)(de)理(li)論描述。因此，宏觀平均(jun)(jun)值足以設計和建模(mo)，但需要(yao)一種(zhong)放大方法(fa)來考(kao)慮(lv)(lv)較小(xiao)的(de)(de)(de)物理(li)尺寸。標準程(cheng)序是多(duo)種(zhong)運輸問題(ti)中使用的(de)(de)(de)體積平均(jun)(jun)法(fa)。考(kao)慮(lv)(lv)到(dao)均(jun)(jun)相(xiang)兩相(xiang)多(duo)孔介質(zhi)中的(de)(de)(de)線性(xing)等溫線，理(li)論上升級了溶質(zhi)的(de)(de)(de)擴散和吸(xi)附運輸，并報告了用于(yu)預(yu)測(ce)(ce)有效(xiao)(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)關閉合問題(ti)。隨后，將散裝(zhuang)和表面(mian)反應的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果納入包裝(zhuang)棉線染色(se)的(de)(de)(de)研究，并報告了預(yu)測(ce)(ce)有效(xiao)(xiao)性(xing)的(de)(de)(de)相(xiang)關問題(ti)。盡管如此，反應條件(jian)對(dui)有效(xiao)(xiao)性(xing)（如有效(xiao)(xiao)擴散率）的(de)(de)(de)影響尚(shang)不清(qing)楚，并在文獻中做(zuo)了一些努力來深(shen)入了解這個(ge)問題(ti)。

　　本文從放(fang)大過程(cheng)的角度研究了吡啶在活性炭(tan)上的吸附(fu)，并確定了相應(ying)的有效運輸性能。微(wei)(wei)觀(guan)尺度現象(xiang)是通過體(ti)積平均法研究的。因(yin)此(ci)(ci)，獲得(de)宏觀(guan)控制方程(cheng)，以有效性表(biao)示。這(zhe)些方程(cheng)用(yong)于解釋實驗數(shu)據，預測孔隙和(he)表(biao)面(mian)的有效擴(kuo)散(san)率(lv)。因(yin)此(ci)(ci)，假(jia)設微(wei)(wei)觀(guan)結(jie)構(gou)具有簡單(dan)的幾(ji)何形狀（圓柱體(ti)和(he)球體(ti)的有序介(jie)質）或從SEM(掃描電子顯微(wei)(wei)鏡)獲取顯微(wei)(wei)照(zhao)片處理的圖像。此(ci)(ci)外，作(zuo)為粗略估計，報道(dao)了點(dian)表(biao)面(mian)擴(kuo)散(san)率(lv)。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形瓶(ping)作為分(fen)批吸附(fu)(fu)(fu)劑獲取(qu)(qu)實驗(yan)吸附(fu)(fu)(fu)平(ping)衡(heng)數(shu)據。將(jiang)已知負(fu)荷(he)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼龍(long)網袋放入(ru)燒瓶(ping)中(zhong)(zhong)，然(ran)后(hou)加入(ru)吡啶溶液(ye)(ye)。恒溫(wen)(wen)持(chi)續攪(jiao)拌(ban)(ban)是吸附(fu)(fu)(fu)過程。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上吡啶的(de)(de)(de)實驗(yan)吸附(fu)(fu)(fu)平(ping)衡(heng)數(shu)據如下(xia)。將(jiang)具有1g 活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)和(he)480mL尼龍(long)網袋(在(zai)吡啶溶液(ye)(ye)中(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)(liang)吸附(fu)(fu)(fu)器中(zhong)(zhong)加入(ru)已知的(de)(de)(de)初始濃(nong)度。在(zai)不同pH在(zai)溫(wen)(wen)度下(xia)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上吡啶的(de)(de)(de)吸?的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)進(jin)行了(le)15次(ci)實驗(yan)。粒度分(fen)布分(fen)析(xi)(xi)了(le)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)為0.001至(zhi)0.27g范圍內的(de)(de)(de)變化。將(jiang)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品添(tian)加到溶解中(zhong)(zhong)SFG對(dui)乙(yi)酰(xian)氨基(ji)酚溶液(ye)(ye)在(zai)室(shi)溫(wen)(wen)下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以(yi)100rpm恒速攪(jiao)拌(ban)(ban)保持(chi)4小時(shi)。然(ran)后(hou)過濾(lv)樣品5ml用于溶液(ye)(ye)提取(qu)(qu)物UV / VIS分(fen)析(xi)(xi)。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨基(ji)酚的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)量(liang)(liang)通過質量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)計算。在(zai)濃(nong)度分(fen)析(xi)(xi)中(zhong)(zhong)使用以(yi)前建(jian)立的(de)(de)(de)線性(xing)(xing)(xing)關系。對(dui)于高濃(nong)度溶液(ye)(ye)，需要稀釋區域分(fen)析(xi)(xi)。將(jiang)吸光度讀數(shu)從校準曲線中(zhong)(zhong)取(qu)(qu)出(chu)，確定(ding)相應于等溫(wen)(wen)線中(zhong)(zhong)每個(ge)點的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)濃(nong)度。平(ping)衡(heng)時(shi)的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)量(liang)(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表(biao)面(mian)官(guan)能(neng)團的(de)鑒(jian)定

　　三(san)種(zhong)活性(xing)炭(tan)(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)(de)(de)共同譜帶(dai)(dai)，圖(tu) 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)(de)帶(dai)(dai)屬(shu)于(yu)(yu)(yu)堿(jian)基(ji)(ji)(ji)-OH拉伸(shen)。2852和2921cm -1處的(de)(de)(de)峰(feng)值是(shi)由(you)于(yu)(yu)(yu)脂族(zu)的(de)(de)(de)存在CH，CH 2和CH 三(san)基(ji)(ji)(ji)團(tuan)預計1125cm -1處與羧(suo)基(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)團(tuan)有關。樣品NB可分(fen)(fen)配給內酯基(ji)(ji)(ji)團(tuan)的(de)(de)(de)1737顯示cm -一(yi)帶(dai)(dai)，在樣品中(zhong)NE中(zhong)，在1710cm -根據(ju)報告，峰(feng)其可分(fen)(fen)配到(dao)內酯或非芳族(zu)羧(suo)基(ji)(ji)(ji)C = O拉伸(shen)在1712cm -1處發生。可分(fen)(fen)配1600-1650cm-1的(de)(de)(de)帶(dai)(dai)C = O醌基(ji)(ji)(ji)。發現(xian)以(yi)下頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘米-1為NB / NE，和1641厘米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)(de)常見頻(pin)帶(dai)(dai)尚未(wei)明確(que)解(jie)釋。芳環拉伸(shen)對被分(fen)(fen)配到(dao)高(gao)度共軛的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎上。在2900cm -1處的(de)(de)(de)峰(feng)對應(ying)于(yu)(yu)(yu)以(yi)下官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外(wai)，波數1400和1700cm -一(yi)系列中(zhong)等強度的(de)(de)(de)峰(feng)值可歸因于(yu)(yu)(yu)酮(tong)、酯、醛(quan)和羧(suo)酸的(de)(de)(de)存在C = O和C = C的(de)(de)(de)伸(shen)長。在1038cm -1處， NE與酒(jiu)精相(xiang)對應(ying)CO振動拉伸(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰(xian)氨基酚NE，NB和(he)ML37活性炭實驗吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)數據℃在圖3中繪(hui)制。等溫線(xian)表(biao)示，NB*高吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容(rong)量和(he)*高吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容(rong)量V MICO(厘米3 /克)，但由于微孔和(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力之間沒有線(xian)性關(guan)系(xi)(xi)ML以(yi)較低的(de)價值(zhi)(zhi)呈現類似的(de)值(zhi)(zhi)Vmicro(表(biao) 2)。結果表(biao)明(ming)，活性炭的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力與其結構(gou)性質沒有簡單的(de)關(guan)系(xi)(xi)。它還表(biao)明(ming)，碳表(biao)面化(hua)學(xue)被(bei)認為是稀釋水溶液(ye)中吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機制的(de)重要因素(su)。

　　活(huo)性炭表(biao)面(mian)對(dui)乙(yi)酰氨(an)基酚分子的(de)壓實有效性與(yu)吸附(fu)位置的(de)*佳分布(bu)有關。乙(yi)酰氨(an)基酚分子處于非(fei)離子狀(zhuang)態SGF活(huo)性炭表(biao)面(mian)顯示(shi)活(huo)性炭面(mian)積的(de)測(ce)定NB> NE> ML順序有更(geng)好的(de)方向(xiang)。原(yuan)因可(ke)能是吸附(fu)的(de)活(huo)性位點分別更(geng)好地分布(bu)在結構和功能平(ping)面(mian)上(shang)。

　　本研究報(bao)告(gao)的(de)(de)結果表(biao)明，活性(xing)(xing)炭(tan)ML可以設(she)想(xiang)為從(cong)SGF去除對乙(yi)酰氨基酚的(de)(de)替代吸附(fu)劑。ML與商業標準NB和NE沒有明顯的(de)(de)差異(yi)。CO 2等溫線表(biao)明ML有相似(si)之處NE圖案紋(wen)理的(de)(de)微(wei)孔材料。從(cong)三種活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)比較可以看出，微(wei)孔結構和表(biao)面(mian)化(hua)學性(xing)(xing)質在(zai)定(ding)義吸附(fu)能力方(fang)面(mian)起著(zhu)關鍵(jian)作(zuo)用。

　　確定(ding)(ding)對(dui)(dui)乙(yi)酰氨基(ji)酚(fen)對(dui)(dui)SGF中活(huo)性(xing)炭的吸(xi)附過程是(shi)自發(fa)的(ΔG<0)。在(zai)大多數情(qing)況(kuang)下，這(zhe)些模型與分析(xi)的數據非常一(yi)致，這(zhe)取決于活(huo)性(xing)炭的類型。對(dui)(dui)乙(yi)酰氨基(ji)酚(fen)的吸(xi)附可能發(fa)生(sheng)在(zai)特(te)定(ding)(ding)部位和(he)基(ji)底(di)區域(yu)。氧化過程雖然由氧表面團進行(xing)，但之前的結果表明，不(bu)僅這(zhe)些氧基(ji)的分布性(xing)質和(he)分布變得非常重要。對(dui)(dui)乙(yi)酰氨基(ji)酚(fen)分子橫截面積的估(gu)計(ji)表明是(shi)肯定(ding)(ding)的。