活性炭對吡啶吸附的(de)研究

　　吡啶是(shi)一(yi)種(zhong)無色(se)易燃液體，氣(qi)味難聞，廣(guang)泛(fan)用于制(zhi)造精(jing)細化學品（如藥物(wu)、維生(sheng)素(su)、染料）、農業化學品等。因此，它(ta)在工業廢水(shui)中(zhong)很(hen)常見，導致環境(jing)污染問題。這促使人們(men)開發了一(yi)些去除水(shui)溶液中(zhong)污染物(wu)的方法，如生(sheng)物(wu)降解、臭氧化、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)（揮發(fa)性(xing)有機化合物(wu)、酚類(lei)、農藥和(he)除(chu)草劑）的*佳可行技(ji)術(shu)之(zhi)一(yi)。此外(wai)，據報道，活性(xing)炭可以有效地從(cong)水溶液中去除(chu)吡(bi)啶。

　　多孔材料的(de)(de)整體(ti)吸附(fu)速率包括三個連續步(bu)驟(zou)：外部質量傳(chuan)遞、顆(ke)粒內擴散(san)和固(gu)體(ti)基質活性位點的(de)(de)吸附(fu)。顆(ke)粒內擴散(san)可能是(shi)由于孔體(ti)積擴散(san)、表(biao)面擴散(san)或兩種機(ji)制的(de)(de)組合(he)。孔體(ti)積擴散(san)是(shi)指流體(ti)相中(zhong)濃度(du)梯度(du)(即分(fen)子機(ji)制)引(yin)起(qi)的(de)(de)吸附(fu)物的(de)(de)運動(dong)，但受多孔基質幾(ji)何形狀的(de)(de)影(ying)響。孔體(ti)積擴散(san)僅取決于分(fen)子擴散(san)系數和微(wei)尺度(du)相的(de)(de)空間分(fen)布(bu)。后一種概念定義了孔隙度(du)和曲折度(du)等多孔介質的(de)(de)幾(ji)何特(te)性。表(biao)面擴散(san)是(shi)指被吸附(fu)物通過固(gu)體(ti)表(biao)面的(de)(de)運動(dong)受到相分(fen)布(bu)的(de)(de)影(ying)響； 表(biao)面濃度(du)梯度(du)是(shi)主要驅動(dong)力(li)。

　　在(zai)像活性(xing)炭這樣呈(cheng)現(xian)層次結構的(de)(de)許多系統中，主要挑戰(zhan)之一是對便捷的(de)(de)觀(guan)察范圍的(de)(de)理論描(miao)述。因此，宏觀(guan)平均(jun)值足以設計和建模，但需要一種(zhong)放大方法來(lai)考(kao)(kao)慮較小的(de)(de)物理尺寸(cun)。標(biao)準程序(xu)是多種(zhong)運(yun)輸(shu)問題中使(shi)用的(de)(de)體積(ji)平均(jun)法。考(kao)(kao)慮到均(jun)相兩(liang)相多孔介質(zhi)中的(de)(de)線性(xing)等溫線，理論上升級了溶(rong)質(zhi)的(de)(de)擴散(san)和吸附運(yun)輸(shu)，并(bing)報告了用于預測(ce)有效(xiao)性(xing)的(de)(de)相關閉合問題。隨后，將散(san)裝和表(biao)面反(fan)應的(de)(de)效(xiao)果納入(ru)包裝棉線染色的(de)(de)研究，并(bing)報告了預測(ce)有效(xiao)性(xing)的(de)(de)相關問題。盡管如此，反(fan)應條件(jian)對有效(xiao)性(xing)（如有效(xiao)擴散(san)率）的(de)(de)影(ying)響尚不清楚，并(bing)在(zai)文獻中做了一些努力來(lai)深(shen)入(ru)了解這個問題。

　　本文從放大(da)過程(cheng)的(de)(de)角度研(yan)究了吡啶在(zai)活性炭上的(de)(de)吸(xi)附，并確(que)定了相應的(de)(de)有(you)效運輸性能。微(wei)觀(guan)尺度現象是通(tong)過體積平均法(fa)研(yan)究的(de)(de)。因此，獲(huo)得宏觀(guan)控制方程(cheng)，以有(you)效性表(biao)示。這些(xie)方程(cheng)用于解釋實驗數據，預測孔隙和表(biao)面(mian)的(de)(de)有(you)效擴(kuo)散(san)率(lv)。因此，假設微(wei)觀(guan)結構(gou)具有(you)簡單的(de)(de)幾(ji)何形狀（圓柱體和球體的(de)(de)有(you)序介(jie)質）或從SEM(掃描電子顯微(wei)鏡)獲(huo)取顯微(wei)照(zhao)片處(chu)理的(de)(de)圖像。此外，作為粗(cu)略估計，報道了點表(biao)面(mian)擴(kuo)散(san)率(lv)。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形(xing)瓶作為(wei)(wei)分(fen)批吸附劑獲取(qu)實驗(yan)吸附平衡(heng)(heng)數據(ju)。將(jiang)(jiang)已知負荷活性(xing)炭(tan)的(de)尼龍網袋放入燒瓶中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，然后(hou)加入吡啶溶液。恒(heng)溫(wen)持續攪拌(ban)是吸附過(guo)程。活性(xing)炭(tan)上吡啶的(de)實驗(yan)吸附平衡(heng)(heng)數據(ju)如下。將(jiang)(jiang)具有(you)1g 活性(xing)炭(tan)和(he)480mL尼龍網袋(在(zai)吡啶溶液中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)吸附器中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)加入已知的(de)初始(shi)濃(nong)度(du)。在(zai)不同pH在(zai)溫(wen)度(du)下，活性(xing)炭(tan)上吡啶的(de)吸?的(de)活性(xing)炭(tan)進行了15次實驗(yan)。粒度(du)分(fen)布(bu)分(fen)析(xi)了活性(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)(pin)。活性(xing)炭(tan)的(de)量(liang)為(wei)(wei)0.001至0.27g范圍(wei)內(nei)的(de)變化。將(jiang)(jiang)活性(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)(pin)添加到(dao)溶解中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)SFG對(dui)乙(yi)酰(xian)氨基酚溶液在(zai)室溫(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒(heng)速(su)攪拌(ban)保持4小時(shi)(shi)。然后(hou)過(guo)濾樣(yang)品(pin)(pin)5ml用于(yu)(yu)溶液提取(qu)物UV / VIS分(fen)析(xi)。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨基酚的(de)吸附量(liang)通過(guo)質量(liang)平衡(heng)(heng)計算(suan)。在(zai)濃(nong)度(du)分(fen)析(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)使用以前建(jian)立的(de)線(xian)性(xing)關系。對(dui)于(yu)(yu)高濃(nong)度(du)溶液，需要稀釋(shi)區域分(fen)析(xi)。將(jiang)(jiang)吸光度(du)讀數從(cong)校(xiao)準曲線(xian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)取(qu)出(chu)，確定相應(ying)于(yu)(yu)等溫(wen)線(xian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)每個點的(de)平衡(heng)(heng)濃(nong)度(du)。平衡(heng)(heng)時(shi)(shi)的(de)吸附量(liang)qe(mg / g)。

　　活性(xing)炭表(biao)面官能團的鑒(jian)定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的(de)(de)共(gong)同(tong)譜帶，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)帶屬(shu)于堿基(ji)(ji)(ji)-OH拉(la)伸。2852和(he)(he)2921cm -1處(chu)的(de)(de)峰(feng)值(zhi)是由(you)于脂族(zu)的(de)(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三(san)基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)預計1125cm -1處(chu)與羧基(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)有關(guan)。樣(yang)品NB可(ke)分配給(gei)內酯(zhi)基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)1737顯示cm -一帶，在(zai)(zai)樣(yang)品中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根(gen)據(ju)報告，峰(feng)其可(ke)分配到內酯(zhi)或非(fei)芳(fang)族(zu)羧基(ji)(ji)(ji)C = O拉(la)伸在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發(fa)生(sheng)。可(ke)分配1600-1650cm-1的(de)(de)帶C = O醌(kun)基(ji)(ji)(ji)。發(fa)現(xian)以(yi)下(xia)頻段：1652cm-1NE，1629厘(li)米(mi)-1為NB / NE，和(he)(he)1641厘(li)米(mi)-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)常見頻帶尚未(wei)明確解釋。芳(fang)環(huan)拉(la)伸對被(bei)分配到高度共(gong)軛的(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)的(de)(de)峰(feng)對應于以(yi)下(xia)官(guan)能團(tuan)(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)(he)1700cm -一系列中(zhong)等強度的(de)(de)峰(feng)值(zhi)可(ke)歸(gui)因于酮(tong)、酯(zhi)、醛和(he)(he)羧酸的(de)(de)存在(zai)(zai)C = O和(he)(he)C = C的(de)(de)伸長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對應CO振動(dong)拉(la)伸峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對(dui)乙酰氨基(ji)酚(fen)NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭實驗吸附(fu)數(shu)據℃在圖(tu)3中繪制(zhi)(zhi)。等(deng)溫線(xian)表(biao)示，NB*高(gao)吸附(fu)容量和(he)*高(gao)吸附(fu)容量V MICO(厘米3 /克(ke))，但由于(yu)微孔和(he)吸附(fu)能力之間沒(mei)有線(xian)性(xing)關系ML以較低的(de)(de)價值(zhi)(zhi)呈現類似的(de)(de)值(zhi)(zhi)Vmicro(表(biao) 2)。結果表(biao)明(ming)，活性(xing)炭的(de)(de)吸附(fu)能力與(yu)其結構性(xing)質沒(mei)有簡(jian)單的(de)(de)關系。它還表(biao)明(ming)，碳(tan)表(biao)面化學被認為是稀釋水溶(rong)液中吸附(fu)機制(zhi)(zhi)的(de)(de)重要因(yin)素(su)。

　　活(huo)性(xing)(xing)炭表面對乙酰氨基(ji)酚分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的壓(ya)實有(you)效性(xing)(xing)與(yu)吸(xi)附(fu)(fu)位(wei)置的*佳分(fen)(fen)(fen)布有(you)關。乙酰氨基(ji)酚分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)處于非離子(zi)(zi)狀(zhuang)態SGF活(huo)性(xing)(xing)炭表面顯示活(huo)性(xing)(xing)炭面積的測定NB> NE> ML順序有(you)更(geng)好的方向。原(yuan)因可能(neng)是吸(xi)附(fu)(fu)的活(huo)性(xing)(xing)位(wei)點(dian)分(fen)(fen)(fen)別更(geng)好地分(fen)(fen)(fen)布在結構和(he)功能(neng)平面上。

　　本(ben)研究(jiu)報告的(de)結(jie)果表明，活性(xing)(xing)炭ML可(ke)(ke)以設想為從(cong)SGF去(qu)除對乙(yi)酰(xian)氨基酚的(de)替代吸附(fu)劑。ML與商(shang)業(ye)標準NB和(he)NE沒(mei)有(you)明顯的(de)差異。CO 2等溫線表明ML有(you)相似之處NE圖案紋理的(de)微(wei)孔材料。從(cong)三種(zhong)活性(xing)(xing)炭的(de)比(bi)較可(ke)(ke)以看出，微(wei)孔結(jie)構和(he)表面(mian)化(hua)學性(xing)(xing)質在定義吸附(fu)能力方面(mian)起著(zhu)關鍵作用。

　　確定(ding)(ding)對(dui)乙酰(xian)氨(an)(an)基(ji)酚對(dui)SGF中(zhong)活性炭(tan)的(de)(de)吸附過程(cheng)是(shi)自(zi)發的(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)大多數情況(kuang)下，這些(xie)模(mo)型與分(fen)析的(de)(de)數據(ju)非常(chang)一致，這取(qu)決于活性炭(tan)的(de)(de)類型。對(dui)乙酰(xian)氨(an)(an)基(ji)酚的(de)(de)吸附可能發生在(zai)特定(ding)(ding)部位和(he)基(ji)底區域。氧化過程(cheng)雖然由(you)氧表(biao)面團進行，但之前的(de)(de)結果(guo)表(biao)明(ming)，不僅(jin)這些(xie)氧基(ji)的(de)(de)分(fen)布性質和(he)分(fen)布變(bian)得非常(chang)重要。對(dui)乙酰(xian)氨(an)(an)基(ji)酚分(fen)子橫截(jie)面積的(de)(de)估計表(biao)明(ming)是(shi)肯(ken)定(ding)(ding)的(de)(de)。