活性炭(tan)對吡啶吸附的研究(jiu)

　　吡啶是一(yi)種無色易(yi)燃液體，氣(qi)味難聞，廣泛用于制(zhi)造精細(xi)化(hua)學(xue)品（如藥物、維生(sheng)(sheng)素、染(ran)料）、農業化(hua)學(xue)品等。因此，它(ta)在工業廢(fei)水(shui)中(zhong)很常見，導致環境污(wu)染(ran)問題(ti)。這促使人們開發(fa)了一(yi)些去除水(shui)溶液中(zhong)污(wu)染(ran)物的方法，如生(sheng)(sheng)物降解、臭氧化(hua)、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(kong)制幾種芳(fang)香污(wu)染物（揮發性有機(ji)化(hua)合物、酚類、農藥和除(chu)草劑）的(de)*佳可(ke)行(xing)技(ji)術之(zhi)一(yi)。此外，據報道，活性炭可(ke)以有效地從水溶(rong)液中去除(chu)吡啶。

　　多孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料的(de)(de)(de)整體(ti)(ti)吸附(fu)速(su)率(lv)包括三個連(lian)續(xu)步(bu)驟：外部質(zhi)量傳遞、顆粒內(nei)擴(kuo)(kuo)散和(he)固(gu)體(ti)(ti)基(ji)質(zhi)活性(xing)位點的(de)(de)(de)吸附(fu)。顆粒內(nei)擴(kuo)(kuo)散可能是由于(yu)孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散、表(biao)面擴(kuo)(kuo)散或兩種機(ji)制(zhi)的(de)(de)(de)組合。孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散是指流體(ti)(ti)相中濃(nong)度梯度(即分(fen)子機(ji)制(zhi))引起的(de)(de)(de)吸附(fu)物的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)，但(dan)受(shou)多孔(kong)(kong)(kong)基(ji)質(zhi)幾何形狀的(de)(de)(de)影響。孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散僅取決于(yu)分(fen)子擴(kuo)(kuo)散系數和(he)微尺度相的(de)(de)(de)空間分(fen)布。后(hou)一(yi)種概念定義了孔(kong)(kong)(kong)隙度和(he)曲折度等多孔(kong)(kong)(kong)介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)幾何特性(xing)。表(biao)面擴(kuo)(kuo)散是指被(bei)吸附(fu)物通過固(gu)體(ti)(ti)表(biao)面的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)受(shou)到(dao)相分(fen)布的(de)(de)(de)影響； 表(biao)面濃(nong)度梯度是主(zhu)要驅動(dong)(dong)力。

　　在像(xiang)活性(xing)(xing)炭(tan)這(zhe)樣呈現(xian)層(ceng)次結構的(de)(de)許(xu)多(duo)(duo)系統中(zhong)，主要挑戰之一是對便捷的(de)(de)觀察范圍的(de)(de)理(li)論描述。因(yin)此(ci)(ci)，宏觀平均值(zhi)足以設計(ji)和建模(mo)，但需要一種放大方(fang)法來考(kao)慮(lv)較小的(de)(de)物理(li)尺寸。標(biao)準程(cheng)序是多(duo)(duo)種運輸(shu)問題(ti)(ti)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)(de)體積(ji)平均法。考(kao)慮(lv)到均相兩相多(duo)(duo)孔介(jie)質中(zhong)的(de)(de)線(xian)(xian)性(xing)(xing)等(deng)溫線(xian)(xian)，理(li)論上(shang)升級了溶(rong)質的(de)(de)擴散和吸附運輸(shu)，并報告了用(yong)于預測(ce)有(you)效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)相關閉合(he)問題(ti)(ti)。隨后，將散裝和表面反應(ying)的(de)(de)效(xiao)(xiao)果納入包裝棉線(xian)(xian)染(ran)色(se)的(de)(de)研究，并報告了預測(ce)有(you)效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)的(de)(de)相關問題(ti)(ti)。盡管如此(ci)(ci)，反應(ying)條件(jian)對有(you)效(xiao)(xiao)性(xing)(xing)（如有(you)效(xiao)(xiao)擴散率）的(de)(de)影響尚不清楚，并在文獻中(zhong)做了一些努力(li)來深入了解這(zhe)個問題(ti)(ti)。

　　本(ben)文(wen)從(cong)放大(da)過(guo)程的角度(du)研(yan)(yan)究了吡啶在活性(xing)炭上的吸附，并確定(ding)了相應的有(you)效(xiao)運輸(shu)性(xing)能。微(wei)(wei)觀(guan)尺度(du)現象是通(tong)過(guo)體積(ji)平(ping)均法研(yan)(yan)究的。因(yin)此，獲得宏觀(guan)控制方(fang)程，以有(you)效(xiao)性(xing)表示。這些方(fang)程用于解釋實驗(yan)數據，預測孔(kong)隙和表面的有(you)效(xiao)擴(kuo)散率。因(yin)此，假設微(wei)(wei)觀(guan)結構具有(you)簡單(dan)的幾何形狀（圓(yuan)柱(zhu)體和球體的有(you)序(xu)介(jie)質）或從(cong)SEM(掃描電(dian)子顯微(wei)(wei)鏡)獲取顯微(wei)(wei)照片處理(li)的圖像。此外，作為粗略(lve)估計，報道了點表面擴(kuo)散率。

　　吸附平衡數據

　　使用(yong)500mL錐(zhui)形瓶(ping)作(zuo)為分(fen)(fen)(fen)批(pi)吸(xi)附劑獲取實(shi)(shi)驗吸(xi)附平(ping)衡(heng)數(shu)(shu)據。將(jiang)已知負荷活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)尼(ni)龍(long)網袋放(fang)入燒瓶(ping)中，然(ran)(ran)后加(jia)入吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)。恒(heng)溫(wen)持(chi)續攪拌是吸(xi)附過(guo)(guo)程。活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)實(shi)(shi)驗吸(xi)附平(ping)衡(heng)數(shu)(shu)據如下。將(jiang)具(ju)有1g 活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和480mL尼(ni)龍(long)網袋(在吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中)pH = 在批(pi)量(liang)(liang)(liang)吸(xi)附器中加(jia)入已知的(de)(de)初始濃(nong)(nong)度。在不(bu)同pH在溫(wen)度下，活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)吸(xi)?的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)進行了(le)15次實(shi)(shi)驗。粒度分(fen)(fen)(fen)布分(fen)(fen)(fen)析(xi)了(le)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)。活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)變化。將(jiang)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)添加(jia)到溶(rong)(rong)(rong)解(jie)中SFG對(dui)乙酰氨(an)基(ji)酚溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)在室溫(wen)下(37).0±0.1℃)下以(yi)100rpm恒(heng)速攪拌保持(chi)4小(xiao)時(shi)。然(ran)(ran)后過(guo)(guo)濾樣品(pin)5ml用(yong)于(yu)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)提取物UV / VIS分(fen)(fen)(fen)析(xi)。對(dui)乙酰氨(an)基(ji)酚的(de)(de)吸(xi)附量(liang)(liang)(liang)通過(guo)(guo)質量(liang)(liang)(liang)平(ping)衡(heng)計算。在濃(nong)(nong)度分(fen)(fen)(fen)析(xi)中使用(yong)以(yi)前建(jian)立的(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)關系。對(dui)于(yu)高濃(nong)(nong)度溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)，需(xu)要稀釋(shi)區(qu)域分(fen)(fen)(fen)析(xi)。將(jiang)吸(xi)光度讀數(shu)(shu)從校準曲線(xian)中取出，確定相應(ying)于(yu)等溫(wen)線(xian)中每個點的(de)(de)平(ping)衡(heng)濃(nong)(nong)度。平(ping)衡(heng)時(shi)的(de)(de)吸(xi)附量(liang)(liang)(liang)qe(mg / g)。

　　活性(xing)炭表(biao)面官能團的(de)鑒定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)(de)(de)(de)共同譜(pu)帶，圖 2。3424cm -1中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)帶屬(shu)于(yu)堿基(ji)(ji)(ji)-OH拉伸(shen)。2852和(he)2921cm -1處(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)值是由(you)于(yu)脂(zhi)族的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)CH，CH 2和(he)CH 三(san)基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)預計1125cm -1處(chu)(chu)(chu)與羧基(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)有關(guan)。樣品(pin)NB可分(fen)配給內(nei)酯基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)(de)1737顯示cm -一帶，在(zai)樣品(pin)中(zhong)(zhong)NE中(zhong)(zhong)，在(zai)1710cm -根據(ju)報告，峰(feng)其可分(fen)配到內(nei)酯或非芳(fang)(fang)族羧基(ji)(ji)(ji)C = O拉伸(shen)在(zai)1712cm -1處(chu)(chu)(chu)發(fa)生(sheng)。可分(fen)配1600-1650cm-1的(de)(de)(de)(de)帶C = O醌基(ji)(ji)(ji)。發(fa)現以(yi)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)(de)(de)(de)常見頻帶尚未明確解釋(shi)。芳(fang)(fang)環拉伸(shen)對(dui)被分(fen)配到高度共軛的(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)上。在(zai)2900cm -1處(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)峰(feng)對(dui)應于(yu)以(yi)下官能團(tuan)(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)1700cm -一系列中(zhong)(zhong)等(deng)強度的(de)(de)(de)(de)峰(feng)值可歸因(yin)于(yu)酮、酯、醛和(he)羧酸的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)C = O和(he)C = C的(de)(de)(de)(de)伸(shen)長。在(zai)1038cm -1處(chu)(chu)(chu)， NE與酒精相(xiang)對(dui)應CO振動拉伸(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰(xian)氨(an)基(ji)酚NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭實驗吸(xi)附數據℃在圖3中繪(hui)制。等溫(wen)線表(biao)(biao)(biao)示，NB*高吸(xi)附容量和(he)*高吸(xi)附容量V MICO(厘(li)米(mi)3 /克)，但由于微(wei)孔和(he)吸(xi)附能力之間沒有線性(xing)關系ML以較低的價值呈(cheng)現類似的值Vmicro(表(biao)(biao)(biao) 2)。結(jie)果表(biao)(biao)(biao)明(ming)，活性(xing)炭的吸(xi)附能力與其結(jie)構性(xing)質沒有簡單的關系。它(ta)還表(biao)(biao)(biao)明(ming)，碳表(biao)(biao)(biao)面化(hua)學被認為(wei)是(shi)稀釋水溶液中吸(xi)附機(ji)制的重要因素。

　　活性(xing)炭表面對乙(yi)酰氨基酚(fen)分(fen)子的(de)壓實有(you)效性(xing)與(yu)吸附位置的(de)*佳分(fen)布有(you)關(guan)。乙(yi)酰氨基酚(fen)分(fen)子處于非(fei)離子狀(zhuang)態SGF活性(xing)炭表面顯示活性(xing)炭面積的(de)測定NB> NE> ML順(shun)序(xu)有(you)更好的(de)方向。原(yuan)因可能是吸附的(de)活性(xing)位點分(fen)別(bie)更好地分(fen)布在結構和功(gong)能平面上。

　　本(ben)研究報告的(de)(de)(de)結果表明(ming)，活性(xing)(xing)炭ML可(ke)以(yi)設想(xiang)為從(cong)SGF去除對乙酰氨基酚的(de)(de)(de)替代吸(xi)附劑。ML與(yu)商業標準NB和NE沒有明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)差異。CO 2等溫線表明(ming)ML有相似之處NE圖案紋理的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)材(cai)料。從(cong)三種活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)比較可(ke)以(yi)看出，微(wei)孔(kong)結構和表面(mian)化學性(xing)(xing)質(zhi)在定義吸(xi)附能力方面(mian)起著(zhu)關鍵作用。

　　確定(ding)對乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚(fen)對SGF中(zhong)活性(xing)炭的(de)(de)(de)吸附過(guo)程是(shi)自發的(de)(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)大(da)多數情況下(xia)，這些(xie)模型與(yu)分析的(de)(de)(de)數據非常(chang)(chang)一致，這取決于活性(xing)炭的(de)(de)(de)類(lei)型。對乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚(fen)的(de)(de)(de)吸附可能發生在(zai)特定(ding)部位和(he)基(ji)(ji)底區域。氧化過(guo)程雖然由氧表(biao)面團進行(xing)，但之前的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)表(biao)明，不(bu)僅這些(xie)氧基(ji)(ji)的(de)(de)(de)分布(bu)性(xing)質和(he)分布(bu)變得(de)非常(chang)(chang)重要。對乙(yi)酰氨基(ji)(ji)酚(fen)分子橫截面積的(de)(de)(de)估計(ji)表(biao)明是(shi)肯定(ding)的(de)(de)(de)。