活性炭對吡啶吸附的(de)研究

　　吡啶是一(yi)種無色易燃液體，氣味難聞，廣泛用于制造精細化學(xue)品（如藥物(wu)、維生素、染(ran)(ran)料）、農業(ye)化學(xue)品等。因(yin)此，它(ta)在工業(ye)廢水中很常見，導致環(huan)境(jing)污染(ran)(ran)問題。這促使人們開發了一(yi)些去(qu)除水溶液中污染(ran)(ran)物(wu)的方法，如生物(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(zhi)幾種芳香污染物（揮(hui)發性有機化合物、酚類、農(nong)藥(yao)和(he)除草劑）的*佳可行技術之一。此外(wai)，據報道，活性炭可以有效地從(cong)水溶液中去除吡啶(ding)。

　　多孔(kong)材料的(de)(de)整(zheng)體(ti)(ti)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)速(su)率包(bao)括三個(ge)連續步(bu)驟：外部質量傳遞、顆粒(li)內擴(kuo)散(san)(san)和固(gu)體(ti)(ti)基(ji)質活性(xing)位點(dian)的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)。顆粒(li)內擴(kuo)散(san)(san)可能是由于孔(kong)體(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)、表面擴(kuo)散(san)(san)或兩(liang)種機制(zhi)的(de)(de)組合。孔(kong)體(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)是指(zhi)(zhi)流(liu)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)濃度梯(ti)度(即分(fen)(fen)(fen)子機制(zhi))引起的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)物的(de)(de)運動，但(dan)受多孔(kong)基(ji)質幾何形狀(zhuang)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。孔(kong)體(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)散(san)(san)僅(jin)取決于分(fen)(fen)(fen)子擴(kuo)散(san)(san)系數和微尺度相(xiang)(xiang)的(de)(de)空(kong)間分(fen)(fen)(fen)布。后一種概念定義了(le)孔(kong)隙度和曲折(zhe)度等多孔(kong)介(jie)質的(de)(de)幾何特性(xing)。表面擴(kuo)散(san)(san)是指(zhi)(zhi)被吸(xi)(xi)附(fu)(fu)物通過(guo)固(gu)體(ti)(ti)表面的(de)(de)運動受到相(xiang)(xiang)分(fen)(fen)(fen)布的(de)(de)影(ying)響(xiang)； 表面濃度梯(ti)度是主(zhu)要驅(qu)動力。

　　在(zai)像(xiang)活性(xing)(xing)炭(tan)這樣呈現(xian)層次結(jie)構的(de)(de)許多(duo)(duo)系統中(zhong)(zhong)，主要挑戰之一(yi)是對便捷的(de)(de)觀(guan)察范圍的(de)(de)理(li)論描述(shu)。因此，宏觀(guan)平均值足以設計和建模，但需要一(yi)種放大方(fang)法來考慮較(jiao)小的(de)(de)物理(li)尺寸(cun)。標準程(cheng)序是多(duo)(duo)種運(yun)輸問(wen)題中(zhong)(zhong)使用(yong)的(de)(de)體(ti)積(ji)平均法。考慮到均相兩相多(duo)(duo)孔(kong)介質中(zhong)(zhong)的(de)(de)線性(xing)(xing)等溫(wen)線，理(li)論上升級了(le)(le)溶(rong)質的(de)(de)擴散和吸附運(yun)輸，并(bing)報告(gao)了(le)(le)用(yong)于預測(ce)有(you)(you)效(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)相關(guan)閉合問(wen)題。隨后，將散裝(zhuang)和表面(mian)反(fan)(fan)應的(de)(de)效(xiao)果納(na)入(ru)包(bao)裝(zhuang)棉(mian)線染色(se)的(de)(de)研究，并(bing)報告(gao)了(le)(le)預測(ce)有(you)(you)效(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)相關(guan)問(wen)題。盡管如此，反(fan)(fan)應條件(jian)對有(you)(you)效(xiao)性(xing)(xing)（如有(you)(you)效(xiao)擴散率）的(de)(de)影(ying)響尚不清楚，并(bing)在(zai)文獻(xian)中(zhong)(zhong)做(zuo)了(le)(le)一(yi)些努(nu)力(li)來深入(ru)了(le)(le)解這個問(wen)題。

　　本文從放(fang)大過程(cheng)(cheng)的(de)角度研究了(le)吡啶在(zai)活性炭上的(de)吸(xi)附，并確定(ding)了(le)相應的(de)有(you)(you)效(xiao)運輸性能。微(wei)(wei)觀(guan)尺(chi)度現象是(shi)通過體(ti)積平均法研究的(de)。因(yin)此(ci)，獲(huo)得宏觀(guan)控制(zhi)方程(cheng)(cheng)，以有(you)(you)效(xiao)性表(biao)示。這些方程(cheng)(cheng)用于解(jie)釋實驗(yan)數據，預測孔隙和(he)表(biao)面的(de)有(you)(you)效(xiao)擴散率。因(yin)此(ci)，假設微(wei)(wei)觀(guan)結構具有(you)(you)簡單的(de)幾何(he)形狀（圓柱體(ti)和(he)球體(ti)的(de)有(you)(you)序介質）或從SEM(掃(sao)描(miao)電子(zi)顯(xian)微(wei)(wei)鏡(jing))獲(huo)取(qu)顯(xian)微(wei)(wei)照片處理(li)的(de)圖像。此(ci)外，作為粗略(lve)估計，報道了(le)點表(biao)面擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形(xing)瓶(ping)作(zuo)為分(fen)批(pi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑獲取(qu)實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平衡數據(ju)。將已(yi)知負荷活(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尼(ni)龍(long)網(wang)(wang)袋放(fang)入(ru)燒瓶(ping)中(zhong)(zhong)(zhong)，然(ran)后加入(ru)吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)。恒(heng)溫(wen)持續攪拌(ban)是吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)過程。活(huo)性炭(tan)上(shang)吡(bi)啶(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平衡數據(ju)如下(xia)。將具有1g 活(huo)性炭(tan)和(he)480mL尼(ni)龍(long)網(wang)(wang)袋(在吡(bi)啶(ding)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong))pH = 在批(pi)量(liang)(liang)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)器中(zhong)(zhong)(zhong)加入(ru)已(yi)知的(de)(de)(de)(de)(de)(de)初始濃(nong)(nong)度(du)(du)。在不同(tong)pH在溫(wen)度(du)(du)下(xia)，活(huo)性炭(tan)上(shang)吡(bi)啶(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)進(jin)行了15次實(shi)驗(yan)。粒(li)度(du)(du)分(fen)布分(fen)析(xi)了活(huo)性炭(tan)樣品(pin)。活(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)。將活(huo)性炭(tan)樣品(pin)添加到溶(rong)解中(zhong)(zhong)(zhong)SFG對乙酰氨基酚溶(rong)液(ye)在室溫(wen)下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以100rpm恒(heng)速攪拌(ban)保持4小時(shi)。然(ran)后過濾樣品(pin)5ml用于(yu)溶(rong)液(ye)提取(qu)物UV / VIS分(fen)析(xi)。對乙酰氨基酚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)(liang)通過質量(liang)(liang)平衡計算(suan)。在濃(nong)(nong)度(du)(du)分(fen)析(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)使用以前建立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)線性關(guan)系。對于(yu)高濃(nong)(nong)度(du)(du)溶(rong)液(ye)，需要稀釋區域分(fen)析(xi)。將吸(xi)(xi)(xi)光度(du)(du)讀(du)數從校準曲(qu)線中(zhong)(zhong)(zhong)取(qu)出，確(que)定相應于(yu)等(deng)溫(wen)線中(zhong)(zhong)(zhong)每個(ge)點的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平衡濃(nong)(nong)度(du)(du)。平衡時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)(liang)qe(mg / g)。

　　活(huo)性炭表面官能團的鑒定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)共同譜帶(dai)(dai)(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)帶(dai)(dai)(dai)屬(shu)于(yu)堿基(ji)(ji)-OH拉(la)(la)(la)伸(shen)(shen)。2852和2921cm -1處(chu)(chu)的(de)峰(feng)值(zhi)是由于(yu)脂族(zu)(zu)的(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和CH 三(san)基(ji)(ji)團(tuan)預計(ji)1125cm -1處(chu)(chu)與羧(suo)(suo)基(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)團(tuan)有關。樣(yang)品NB可(ke)(ke)分(fen)配(pei)給內酯基(ji)(ji)團(tuan)的(de)1737顯示cm -一帶(dai)(dai)(dai)，在(zai)(zai)樣(yang)品中(zhong)(zhong)(zhong)NE中(zhong)(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根據報告，峰(feng)其可(ke)(ke)分(fen)配(pei)到內酯或非芳族(zu)(zu)羧(suo)(suo)基(ji)(ji)C = O拉(la)(la)(la)伸(shen)(shen)在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)(chu)發(fa)生。可(ke)(ke)分(fen)配(pei)1600-1650cm-1的(de)帶(dai)(dai)(dai)C = O醌基(ji)(ji)。發(fa)現以下(xia)頻(pin)(pin)段(duan)：1652cm-1NE，1629厘(li)米-1為NB / NE，和1641厘(li)米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見頻(pin)(pin)帶(dai)(dai)(dai)尚(shang)未明確解釋。芳環拉(la)(la)(la)伸(shen)(shen)對(dui)(dui)被分(fen)配(pei)到高(gao)度(du)共軛的(de)基(ji)(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)(chu)的(de)峰(feng)對(dui)(dui)應于(yu)以下(xia)官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數(shu)1400和1700cm -一系列(lie)中(zhong)(zhong)(zhong)等強度(du)的(de)峰(feng)值(zhi)可(ke)(ke)歸因于(yu)酮、酯、醛和羧(suo)(suo)酸(suan)的(de)存在(zai)(zai)C = O和C = C的(de)伸(shen)(shen)長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)(chu)， NE與酒(jiu)精相對(dui)(dui)應CO振動拉(la)(la)(la)伸(shen)(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭實驗(yan)吸附(fu)數據(ju)℃在圖(tu)3中繪制(zhi)。等溫線(xian)表(biao)(biao)示，NB*高吸附(fu)容量和(he)*高吸附(fu)容量V MICO(厘(li)米3 /克(ke))，但由于微孔和(he)吸附(fu)能力(li)之間沒有線(xian)性(xing)關系ML以較(jiao)低的(de)價值(zhi)呈現類似的(de)值(zhi)Vmicro(表(biao)(biao) 2)。結果表(biao)(biao)明，活性(xing)炭的(de)吸附(fu)能力(li)與其結構(gou)性(xing)質沒有簡單的(de)關系。它還表(biao)(biao)明，碳表(biao)(biao)面(mian)化學被(bei)認為是(shi)稀釋(shi)水溶液中吸附(fu)機制(zhi)的(de)重(zhong)要因素。

　　活性炭表(biao)面對乙酰氨基(ji)酚(fen)分子(zi)的(de)(de)(de)壓實有效性與吸(xi)附位置的(de)(de)(de)*佳分布(bu)有關(guan)。乙酰氨基(ji)酚(fen)分子(zi)處于非離子(zi)狀態SGF活性炭表(biao)面顯示活性炭面積的(de)(de)(de)測定(ding)NB>; NE> ML順序有更(geng)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)方(fang)向。原因可(ke)能(neng)是吸(xi)附的(de)(de)(de)活性位點分別更(geng)好(hao)(hao)地(di)分布(bu)在結構和功(gong)能(neng)平面上。

　　本(ben)研(yan)究報告的(de)(de)(de)(de)結果表(biao)明(ming)，活(huo)(huo)性炭ML可以設想(xiang)為從(cong)SGF去除對乙酰氨基酚的(de)(de)(de)(de)替代吸附劑。ML與(yu)商業(ye)標準NB和(he)NE沒(mei)有(you)明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)差(cha)異。CO 2等溫線表(biao)明(ming)ML有(you)相似之處NE圖案紋理(li)的(de)(de)(de)(de)微孔材料。從(cong)三種活(huo)(huo)性炭的(de)(de)(de)(de)比較可以看出，微孔結構和(he)表(biao)面(mian)化學性質(zhi)在(zai)定義吸附能力方面(mian)起(qi)著關鍵(jian)作用。

　　確(que)定對(dui)(dui)乙酰氨基酚(fen)(fen)對(dui)(dui)SGF中(zhong)活(huo)性炭的(de)吸附過(guo)程是自發的(de)(ΔG<0)。在大(da)多數情況下，這些模型與分(fen)析的(de)數據非常(chang)(chang)一致，這取決于活(huo)性炭的(de)類(lei)型。對(dui)(dui)乙酰氨基酚(fen)(fen)的(de)吸附可能(neng)發生在特定部(bu)位和基底區域。氧化過(guo)程雖然由氧表(biao)面(mian)團(tuan)進行，但之前的(de)結果表(biao)明，不僅這些氧基的(de)分(fen)布(bu)(bu)性質和分(fen)布(bu)(bu)變得(de)非常(chang)(chang)重要。對(dui)(dui)乙酰氨基酚(fen)(fen)分(fen)子橫截面(mian)積的(de)估計表(biao)明是肯定的(de)。