攪拌技術(shu)對活性炭吸附的影響

　　活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)吸(xi)附(fu)(fu)過程是(shi)去除水中有(you)機(ji)污染(ran)(ran)物*有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法之(zhi)一。吸(xi)附(fu)(fu)設計相對靈活(huo)(huo)簡(jian)單，成本低，操(cao)作再生(sheng)方(fang)便，無(wu)或(huo)低代(dai)有(you)毒物質(zhi)(zhi)。由于(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)具有(you)較高的(de)表(biao)面積、孔(kong)體積和(he)(he)孔(kong)徑(jing)分(fen)布，是(shi)目前吸(xi)附(fu)(fu)效(xiao)率*高的(de)有(you)機(ji)污染(ran)(ran)物吸(xi)附(fu)(fu)劑。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上有(you)機(ji)化合物吸(xi)附(fu)(fu)的(de)有(you)效(xiao)性(xing)取(qu)決于(yu)其孔(kong)隙結構和(he)(he)表(biao)面化學(xue)性(xing)質(zhi)(zhi)、物理(li)化學(xue)性(xing)質(zhi)(zhi)（分(fen)子(zi)量、溶(rong)解度(du)、極性(xing)、官(guan)能組類(lei)型）、溶(rong)液(ye)化學(xue)性(xing)質(zhi)(zhi)（離(li)子(zi)強度(du)、pH值)和(he)(he)溫度(du)。這些(xie)因素對不同(tong)有(you)機(ji)污染(ran)(ran)物的(de)動力學(xue)和(he)(he)吸(xi)附(fu)(fu)平衡有(you)不同(tong)的(de)影(ying)響。

　　吸附(fu)(fu)試(shi)驗通(tong)常在含有固定體積吸附(fu)(fu)溶液（初始(shi)濃度(du)不同）和(he)(he)已知質量吸附(fu)(fu)劑的錐形瓶中進(jin)行。然(ran)(ran)后搖動(dong)樣品(pin)，直(zhi)到達到平衡(heng)。然(ran)(ran)而(er)，作者很(hen)少(shao)提供樣品(pin)混(hun)合(he)(he)的條件(jian)。混(hun)合(he)(he)對吸附(fu)(fu)的影響通(tong)常被忽視。只有少(shao)數研(yan)(yan)究過吸附(fu)(fu)和(he)(he)混(hun)合(he)(he)速(su)度(du)的影響。然(ran)(ran)而(er)，據我們所(suo)知，不同混(hun)合(he)(he)技術對吸附(fu)(fu)的影響尚未被研(yan)(yan)究。

　　本內容的目的是對活性炭上有機(ji)污染(ran)物吸(xi)(xi)附(fu)(fu)動力學和(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能力的(de)(de)(de)不同攪(jiao)(jiao)拌(ban)技術及其(qi)影(ying)響(xiang)(xiang)。通過(guo)氣泡(pao)將樣品(pin)與實驗室搖動器(qi)、機(ji)械(槳式(shi))攪(jiao)(jiao)拌(ban)器(qi)和(he)磁性(xing)(xing)攪(jiao)(jiao)拌(ban)器(qi)混合(he)。還檢查了攪(jiao)(jiao)拌(ban)速度的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)。4-氯(lv)酚(fen)(4-氯(lv)酚(fen))-CP)作為目標(biao)污染(ran)物，它對水(shui)生生物、植(zhi)物和(he)人類有毒，在飲用水(shui)中很常見。另外(wai)，對活(huo)性(xing)(xing)炭上4-氯(lv)苯酚(fen)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)也有很好的(de)(de)(de)描述。介紹了4-氯(lv)酚(fen)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)在各種(zhong)改性(xing)(xing)和(he)未改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭上，以及4-氯(lv)酚(fen)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)在影(ying)響(xiang)(xiang)活(huo)性(xing)(xing)炭上-CP其(qi)他吸(xi)(xi)附(fu)(fu)因素的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，包括(kuo)離子強度和(he)pH 。

　　所需(xu)的實(shi)驗材料和儀器

　　4-氯(lv)酚、活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)、鹽酸、氫氟酸和(he)HPLC級乙腈(jing)。顆(ke)粒(li)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)作為吸(xi)附(fu)劑，使用前使用活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)HCl和(he)HF預處理濃酸除灰(hui)，用去離子(zi)水沖洗(xi)幾次。然后130吸(xi)附(fu)劑℃烘(hong)箱干燥至恒重，并在(zai)烘(hong)箱中進一步研究。活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)表面(mian)積(ji)(S BET)根據(ju)氮(dan)低(di)溫吸(xi)附(fu)-解吸(xi)等溫線確定。在(zai)吸(xi)附(fu)研究中，通過空氣、氮(dan)氣、實驗室搖床(chuang)、機械(xie)攪(jiao)拌(ban)(ban)器和(he)磁攪(jiao)拌(ban)(ban)器分別測(ce)試活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)樣品。

　　吸附實驗

　　吸附實驗包含0.05μL4-CP溶(rong)液和0.025g在活性炭錐形瓶(或圓底燒瓶)中進(jin)行動力學研究。℃下進(jin)行初始(shi)4-CP濃(nong)度為1.0mmol L -1.色譜(pu)測量4-CP的濃(nong)度。

　　分析方法

　　4-CP的(de)濃度(du)通(tong)過使(shi)用(yong)(yong)UV測量(liang)高效液相色(se)(se)譜(pu)(pu)。2.使(shi)用(yong)(yong)色(se)(se)譜(pu)(pu)分析(xi).0×150mm，3μm柱(zhu)進行(xing)。色(se)(se)譜(pu)(pu)條件如下：流動相 - 乙(yi)腈/水乙(yi)酸(50/50，v / v)調節至pH 3.0; 流速0.25mL min -1 ; 和分析(xi)波長281nm。所有實驗(yan)在相同條件下一(yi)式(shi)三份進行(xing)，平均(jun)值用(yong)(yong)于進一(yi)步(bu)計算。使(shi)用(yong)(yong)t檢驗(yan)和/或ANOVA和Tukey檢驗(yan)分析(xi)獲得的(de)數據(ju)。用(yong)(yong)*低顯著性(xing)差(cha)(cha)異檢查任何一(yi)對治療方法之間(jian)的(de)差(cha)(cha)異，顯著性(xing)水平為0.05。

　　混合技術的影響

　　研究混(hun)合(he)技術4-CP實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)搖動器(qi)、機(ji)械(xie)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)和(he)(he)磁力攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)用(yong)于吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)影響(xiang)rpm攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌附(fu)(fu)劑(ji)和(he)(he)溶液攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌錐(zhui)形(xing)瓶。結(jie)果(guo)如圖1所(suo)示 。實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)搖床、機(ji)械(xie)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌機(ji)和(he)(he)磁攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌機(ji)的(de)(de)偽(wei)二(er)次速(su)率(lv)常數分(fen)別為0.597±0.013,0.701±0.005和(he)(he)0.691±0.015 g mmol -1 h -1。在(zai)統(tong)(tong)計(ji)學上，機(ji)械(xie)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)和(he)(he)磁攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)之(zhi)間的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)速(su)度差異并不明顯(p = 0.34)。在(zai)這兩(liang)種(zhong)情況下，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)比使(shi)用(yong)實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)搖床更(geng)快。實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)搖床與(yu)機(ji)械(xie)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)、實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)搖床與(yu)磁攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)的(de)(de)差異具有統(tong)(tong)計(ji)顯著性(xing)(q e)觀(guan)察(cha)到(dao)(dao)相(xiang)同的(de)(de)相(xiang)關性(xing)，如下：1.359(實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)搖床).442和(he)(he)1.430(磁攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi))mmol·g -1。所(suo)有這些結(jie)果(guo)表明，混(hun)合(he)技術在(zai)動力學和(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平衡中起(qi)著重要作用(yong)。比實(shi)驗(yan)(yan)室(shi)振蕩(dang)器(qi)更(geng)好(hao)地(di)觀(guan)察(cha)到(dao)(dao)機(ji)械(xie)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)和(he)(he)磁攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌器(qi)的(de)(de)結(jie)果(guo)。吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)速(su)率(lv)和(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)容量(liang)的(de)(de)增(zeng)加(jia)是攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌棒或(huo)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌槳與(yu)活性(xing)炭(tan)物理接觸(chu)的(de)(de)結(jie)果(guo)。因此，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)材料的(de)(de)尺寸減小，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)位點更(geng)容易(yi)接近吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)分(fen)子(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)動力學和(he)(he)活性(xing)炭(tan)粒徑(jing)的(de)(de)增(zeng)加(jia)。

　　攪拌速度的影響

　　研究了混合速度(du)對(dui)水溶液對(dui)4-氯酚吸(xi)附(fu)的(de)影響。吸(xi)附(fu)劑量，初(chu)始4-CP濃度(du)和溫度(du)保持恒定。1000年(nian)使用機械攪(jiao)拌(ban)(ban)(ban)器和磁性(xing)攪(jiao)拌(ban)(ban)(ban)器rpm至500rpm研究速度(du)。4.攪(jiao)拌(ban)(ban)(ban)速率-CP吸(xi)附(fu)影響見(jian)圖2和表(biao)1。

　　可以(yi)看出，吸(xi)(xi)附速(su)率(lv)受攪拌速(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)影響很(hen)大 - 隨著攪拌速(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加，吸(xi)(xi)附率(lv)顯著提高(gao)。攪拌速(su)率(lv)從(cong)1000開始rpm增(zeng)加到500rpm，k 2值分別從(cong)0.577增(zeng)加到1.264g mmol -1 h -1(機(ji)械攪拌機(ji))和(he)(he)0.560-1.231g mmol -1 h -(磁(ci)攪拌器)。在(zai)(zai)相同的(de)(de)攪拌速(su)度(du)(du)(du)下(xia)，機(ji)械攪拌器和(he)(he)磁(ci)攪拌器之間(jian)的(de)(de)差異沒有統計意義(yi)(p > 0.05)。4-CP由(you)于湍流(liu)液體(ti)擴(kuo)散到活性(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)(ke)粒周圍的(de)(de)液體(ti)邊界層擴(kuo)散到活性(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)(ke)粒周圍的(de)(de)液體(ti)邊界層的(de)(de)速(su)率(lv)變高(gao)。隨著攪拌速(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加，吸(xi)(xi)附劑顆(ke)(ke)粒的(de)(de)破(po)碎程度(du)(du)(du)可能會進一步增(zeng)強。在(zai)(zai)這(zhe)些研究中，試驗前和(he)(he)試驗后的(de)(de)吸(xi)(xi)附劑顆(ke)(ke)粒大小尚(shang)未確定，但在(zai)(zai)4歲-CP有證據可以(yi)檢查(cha)吸(xi)(xi)附動(dong)力學(xue)活性(xing)(xing)炭(tan)小的(de)(de)影響。還描(miao)述(shu)了(le)活性(xing)(xing)白土在(zai)(zai)堿性(xing)(xing)染(ran)料吸(xi)(xi)附上的(de)(de)增(zeng)加[ 6 ]以(yi)及乙酸，吡蟲啉和(he)(he)4-氯苯酚(fen)在(zai)(zai)活性(xing)(xing)炭(tan)上。

　　表(biao)1中(zhong)的數據 也(ye)說明攪(jiao)拌速(su)(su)率不僅(jin)影(ying)響吸(xi)附動力學(xue)，還影(ying)響4-CP去(qu)除(chu)水中(zhong)的效率。吸(xi)附容量(liang)從(cong)(cong)1.385增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到(dao)1.520 mmol·g -1(機械攪(jiao)拌機)和從(cong)(cong)1.391增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到(dao)1.510 mmol·g -1(磁(ci)攪(jiao)拌器)從(cong)(cong)100增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到(dao)500rpm。觀(guan)察到(dao)從(cong)(cong)20.06 4-CP吸(xi)附容量(liang)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)至(zhi)23.04毫克-1攪(jiao)拌速(su)(su)度從(cong)(cong)300到(dao)600轉。然而(er)，一些作者(zhe)報告說，只有一定的限度才能提高攪(jiao)拌速(su)(su)度，超過這種吸(xi)附容量(liang)沒有顯(xian)著增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)吸(xi)附增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)。在某些情(qing)況(kuang)下，觀(guan)察到(dao)吸(xi)附容量(liang)在更(geng)高混合速(su)(su)率較高。正如作者(zhe)所提出(chu)的，這是因為吸(xi)附分(fen)(fen)子(zi)和吸(xi)附劑顆(ke)粒的動能在非常高的攪(jiao)拌速(su)(su)度下增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到(dao)足以相互碰撞，導致(zhi)分(fen)(fen)離(li)松散的吸(xi)附分(fen)(fen)子(zi)。

　　本(ben)文闡述了不(bu)同攪拌(ban)(ban)(ban)技術對顆粒活性炭(tan)吸(xi)(xi)附(fu)4-氯酚的(de)(de)影(ying)響(xiang)。研究了燒(shao)瓶類(lei)型的(de)(de)影(ying)響(xiang)，包括實(shi)驗室搖床、機(ji)(ji)械攪拌(ban)(ban)(ban)機(ji)(ji)、磁(ci)性攪拌(ban)(ban)(ban)機(ji)(ji)和混(hun)合氣(qi)泡（空氣(qi)或氮氣(qi)）的(de)(de)攪拌(ban)(ban)(ban)機(ji)(ji)類(lei)型。它還(huan)測試了混(hun)合速(su)度對活性炭(tan)上4-氯酚吸(xi)(xi)附(fu)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。