活性炭對吡(bi)啶吸附的研(yan)究

　　吡啶是一種無(wu)色易(yi)燃液(ye)體，氣味難聞(wen)，廣(guang)泛用于制造精細化(hua)學(xue)品(pin)（如藥物、維生素、染(ran)料(liao)）、農業化(hua)學(xue)品(pin)等。因此，它(ta)在工業廢水(shui)(shui)中(zhong)很常見，導致環境污染(ran)問題。這促使人們(men)開(kai)發了一些(xie)去除水(shui)(shui)溶液(ye)中(zhong)污染(ran)物的方法，如生物降解(jie)、臭氧化(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(xiang)污染物(wu)（揮(hui)發性(xing)有(you)機化合(he)物(wu)、酚類、農藥和除草劑）的*佳可行技術之一。此外，據報道，活性(xing)炭(tan)可以(yi)有(you)效地(di)從水溶液(ye)中(zhong)去除吡啶。

　　多(duo)孔(kong)材料的(de)(de)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)吸附(fu)速率包括三個連續(xu)步驟：外部質(zhi)量傳(chuan)遞、顆(ke)粒內擴(kuo)散(san)(san)(san)和(he)固(gu)體(ti)(ti)(ti)基(ji)質(zhi)活性位點的(de)(de)吸附(fu)。顆(ke)粒內擴(kuo)散(san)(san)(san)可能是(shi)由于孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)、表(biao)(biao)面(mian)擴(kuo)散(san)(san)(san)或(huo)兩(liang)種機(ji)制的(de)(de)組(zu)合。孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)是(shi)指流體(ti)(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)濃度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(即分(fen)(fen)子(zi)機(ji)制)引起的(de)(de)吸附(fu)物的(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)(dong)，但受多(duo)孔(kong)基(ji)質(zhi)幾(ji)何形(xing)狀(zhuang)的(de)(de)影響。孔(kong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)僅取(qu)決于分(fen)(fen)子(zi)擴(kuo)散(san)(san)(san)系數(shu)和(he)微尺度(du)(du)(du)相(xiang)的(de)(de)空間(jian)分(fen)(fen)布(bu)。后一種概念定義了孔(kong)隙(xi)度(du)(du)(du)和(he)曲折度(du)(du)(du)等多(duo)孔(kong)介質(zhi)的(de)(de)幾(ji)何特性。表(biao)(biao)面(mian)擴(kuo)散(san)(san)(san)是(shi)指被(bei)吸附(fu)物通過固(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)(dong)受到相(xiang)分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)影響； 表(biao)(biao)面(mian)濃度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)是(shi)主要驅動(dong)(dong)(dong)力。

　　在像活性炭這樣呈現層次(ci)結構的(de)(de)許(xu)多(duo)系(xi)統中(zhong)，主要挑戰(zhan)之一(yi)(yi)是對便捷的(de)(de)觀察(cha)范圍(wei)的(de)(de)理論(lun)(lun)描述。因此(ci)，宏觀平(ping)均值足以設計(ji)和(he)建模(mo)，但(dan)需要一(yi)(yi)種放(fang)大(da)方法來考慮較小(xiao)的(de)(de)物理尺寸。標準(zhun)程(cheng)序是多(duo)種運輸問(wen)(wen)題中(zhong)使用(yong)的(de)(de)體積平(ping)均法。考慮到(dao)均相兩相多(duo)孔介(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)(de)線(xian)性等溫線(xian)，理論(lun)(lun)上升級了(le)(le)(le)溶質(zhi)的(de)(de)擴散和(he)吸附運輸，并報告了(le)(le)(le)用(yong)于(yu)預測(ce)有效(xiao)性的(de)(de)相關(guan)(guan)閉合問(wen)(wen)題。隨后，將散裝和(he)表(biao)面反(fan)應(ying)的(de)(de)效(xiao)果(guo)納入包(bao)裝棉線(xian)染色的(de)(de)研究，并報告了(le)(le)(le)預測(ce)有效(xiao)性的(de)(de)相關(guan)(guan)問(wen)(wen)題。盡管如此(ci)，反(fan)應(ying)條件對有效(xiao)性（如有效(xiao)擴散率）的(de)(de)影響尚不清楚，并在文(wen)獻中(zhong)做了(le)(le)(le)一(yi)(yi)些努力來深入了(le)(le)(le)解這個問(wen)(wen)題。

　　本文從放大過(guo)程(cheng)的(de)角度研究了(le)吡啶在活性炭上的(de)吸附，并確定了(le)相應的(de)有(you)(you)效運輸性能。微(wei)(wei)(wei)觀尺度現象是通(tong)過(guo)體積(ji)平均法研究的(de)。因此(ci)，獲(huo)得宏觀控制(zhi)方程(cheng)，以(yi)有(you)(you)效性表(biao)示。這些方程(cheng)用于解(jie)釋(shi)實驗數(shu)據，預(yu)測(ce)孔隙(xi)和表(biao)面(mian)的(de)有(you)(you)效擴(kuo)散率。因此(ci)，假設微(wei)(wei)(wei)觀結構(gou)具有(you)(you)簡單的(de)幾何形狀（圓(yuan)柱體和球體的(de)有(you)(you)序介質）或從SEM(掃描(miao)電子(zi)顯微(wei)(wei)(wei)鏡)獲(huo)取顯微(wei)(wei)(wei)照片(pian)處理的(de)圖(tu)像。此(ci)外，作為粗略估(gu)計，報道了(le)點(dian)表(biao)面(mian)擴(kuo)散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形瓶(ping)作為分(fen)(fen)(fen)(fen)批(pi)吸(xi)(xi)(xi)附劑(ji)獲取(qu)實(shi)驗吸(xi)(xi)(xi)附平衡數據(ju)。將已知負荷(he)活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼龍網袋(dai)放入燒瓶(ping)中(zhong)(zhong)(zhong)，然后加入吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)溶液。恒(heng)溫(wen)持續攪(jiao)拌是吸(xi)(xi)(xi)附過(guo)程。活(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)實(shi)驗吸(xi)(xi)(xi)附平衡數據(ju)如下。將具有1g 活(huo)性(xing)炭(tan)和480mL尼龍網袋(dai)(在(zai)(zai)(zai)(zai)吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)溶液中(zhong)(zhong)(zhong))pH = 在(zai)(zai)(zai)(zai)批(pi)量(liang)吸(xi)(xi)(xi)附器(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)加入已知的(de)(de)(de)初始濃度(du)。在(zai)(zai)(zai)(zai)不同pH在(zai)(zai)(zai)(zai)溫(wen)度(du)下，活(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)進行了15次(ci)實(shi)驗。粒度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)了活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)。活(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。將活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)添加到溶解中(zhong)(zhong)(zhong)SFG對(dui)乙(yi)酰氨基酚溶液在(zai)(zai)(zai)(zai)室溫(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒(heng)速攪(jiao)拌保持4小時(shi)。然后過(guo)濾(lv)樣(yang)品(pin)5ml用于(yu)(yu)溶液提取(qu)物(wu)UV / VIS分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)。對(dui)乙(yi)酰氨基酚的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附量(liang)通過(guo)質量(liang)平衡計算。在(zai)(zai)(zai)(zai)濃度(du)分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)使用以前建立(li)的(de)(de)(de)線性(xing)關(guan)系(xi)。對(dui)于(yu)(yu)高濃度(du)溶液，需(xu)要稀(xi)釋區(qu)域分(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)。將吸(xi)(xi)(xi)光度(du)讀(du)數從校(xiao)準曲線中(zhong)(zhong)(zhong)取(qu)出，確定相(xiang)應于(yu)(yu)等溫(wen)線中(zhong)(zhong)(zhong)每個點的(de)(de)(de)平衡濃度(du)。平衡時(shi)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附量(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能團(tuan)的鑒定(ding)

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)共同譜(pu)帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶(dai)屬(shu)于(yu)堿基(ji)-OH拉(la)(la)伸。2852和(he)2921cm -1處(chu)的(de)峰值(zhi)是(shi)由于(yu)脂族的(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和(he)CH 三基(ji)團(tuan)預(yu)計1125cm -1處(chu)與(yu)羧(suo)(suo)基(ji)-OH基(ji)團(tuan)有關(guan)。樣(yang)品(pin)(pin)NB可分配(pei)給內酯基(ji)團(tuan)的(de)1737顯示(shi)cm -一(yi)(yi)帶(dai)，在(zai)(zai)樣(yang)品(pin)(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根(gen)據報告(gao)，峰其可分配(pei)到內酯或非芳(fang)(fang)族羧(suo)(suo)基(ji)C = O拉(la)(la)伸在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發生。可分配(pei)1600-1650cm-1的(de)帶(dai)C = O醌(kun)基(ji)。發現(xian)以下頻段：1652cm-1NE，1629厘米-1為(wei)NB / NE，和(he)1641厘米-1為(wei)ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見頻帶(dai)尚未明確解釋。芳(fang)(fang)環(huan)拉(la)(la)伸對被(bei)分配(pei)到高度共軛(e)的(de)基(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)的(de)峰對應于(yu)以下官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此(ci)外，波數1400和(he)1700cm -一(yi)(yi)系列(lie)中(zhong)等強度的(de)峰值(zhi)可歸(gui)因于(yu)酮、酯、醛和(he)羧(suo)(suo)酸的(de)存在(zai)(zai)C = O和(he)C = C的(de)伸長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與(yu)酒(jiu)精相(xiang)對應CO振動拉(la)(la)伸峰。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚(fen)NE，NB和ML37活性(xing)炭(tan)實驗吸附數(shu)據℃在圖3中繪制。等溫線(xian)表示，NB*高吸附容量和*高吸附容量V MICO(厘米3 /克)，但由于微孔和吸附能力之間(jian)沒(mei)有線(xian)性(xing)關(guan)系(xi)ML以較低的(de)價值呈現類似的(de)值Vmicro(表 2)。結(jie)(jie)果(guo)表明，活性(xing)炭(tan)的(de)吸附能力與其結(jie)(jie)構性(xing)質沒(mei)有簡(jian)單(dan)的(de)關(guan)系(xi)。它還(huan)表明，碳表面(mian)化學被認(ren)為(wei)是(shi)稀釋水(shui)溶液(ye)中吸附機制的(de)重要因(yin)素(su)。

　　活性(xing)炭表(biao)面對乙酰氨(an)(an)基酚(fen)分(fen)(fen)子的(de)(de)壓實(shi)有效性(xing)與吸附(fu)位置(zhi)的(de)(de)*佳(jia)分(fen)(fen)布有關。乙酰氨(an)(an)基酚(fen)分(fen)(fen)子處(chu)于非(fei)離子狀態(tai)SGF活性(xing)炭表(biao)面顯示活性(xing)炭面積的(de)(de)測(ce)定(ding)NB> NE> ML順序(xu)有更(geng)好(hao)的(de)(de)方(fang)向。原(yuan)因可能是吸附(fu)的(de)(de)活性(xing)位點(dian)分(fen)(fen)別更(geng)好(hao)地分(fen)(fen)布在結構和功(gong)能平面上。

　　本研(yan)究報告的(de)(de)結(jie)果表(biao)(biao)明，活(huo)性炭ML可以設(she)想為從SGF去除對(dui)乙酰氨基酚的(de)(de)替代吸(xi)附劑。ML與商業標準NB和NE沒有(you)明顯的(de)(de)差異。CO 2等溫線表(biao)(biao)明ML有(you)相似之處NE圖(tu)案(an)紋理的(de)(de)微孔材料。從三種(zhong)活(huo)性炭的(de)(de)比(bi)較可以看出，微孔結(jie)構和表(biao)(biao)面化學性質(zhi)在(zai)定義吸(xi)附能力方(fang)面起著關鍵作用。

　　確定對乙(yi)酰(xian)氨基(ji)酚對SGF中活性(xing)(xing)炭的(de)(de)吸附過(guo)程是自發(fa)的(de)(de)(ΔG<0)。在大(da)多(duo)數(shu)情況(kuang)下(xia)，這些模型與(yu)分(fen)析的(de)(de)數(shu)據非常一致，這取決(jue)于活性(xing)(xing)炭的(de)(de)類型。對乙(yi)酰(xian)氨基(ji)酚的(de)(de)吸附可能發(fa)生在特定部位和基(ji)底區域。氧化過(guo)程雖然由氧表面(mian)團進(jin)行，但之前的(de)(de)結果表明，不僅這些氧基(ji)的(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)性(xing)(xing)質(zhi)和分(fen)布(bu)(bu)變得非常重要。對乙(yi)酰(xian)氨基(ji)酚分(fen)子橫截面(mian)積的(de)(de)估計表明是肯定的(de)(de)。