活性炭(tan)對吡啶(ding)吸附(fu)的研究

　　吡啶是(shi)一種無色易燃液體，氣味難聞，廣泛用于制造精細化學(xue)品(pin)（如藥物、維生素、染料）、農業化學(xue)品(pin)等。因此，它在工業廢水中很常見，導致環(huan)境污染問題(ti)。這促使(shi)人們開發了一些去除水溶液中污染物的方法，如生物降解、臭氧化、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)制幾種芳香污染物（揮發(fa)性有機化合物、酚類(lei)、農(nong)藥和(he)除草劑）的*佳可(ke)行技術(shu)之一。此外，據報道，活性炭可(ke)以有效(xiao)地從水溶液中去除吡啶。

　　多(duo)(duo)孔(kong)材料的(de)(de)整(zheng)體(ti)吸附(fu)(fu)速率(lv)包(bao)括三個連續步驟：外部質量傳(chuan)遞、顆粒內擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)和固體(ti)基(ji)(ji)質活性位點的(de)(de)吸附(fu)(fu)。顆粒內擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)可(ke)能是由于孔(kong)體(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)、表(biao)(biao)面擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)或兩種機制(zhi)的(de)(de)組(zu)合。孔(kong)體(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)是指(zhi)流(liu)體(ti)相中濃(nong)度(du)(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(du)(即分子(zi)機制(zhi))引起的(de)(de)吸附(fu)(fu)物的(de)(de)運動(dong)，但受(shou)多(duo)(duo)孔(kong)基(ji)(ji)質幾何形狀的(de)(de)影響(xiang)。孔(kong)體(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)僅取決于分子(zi)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系數和微尺度(du)(du)(du)(du)相的(de)(de)空間(jian)分布。后一種概念定義了孔(kong)隙度(du)(du)(du)(du)和曲折度(du)(du)(du)(du)等多(duo)(duo)孔(kong)介質的(de)(de)幾何特性。表(biao)(biao)面擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)是指(zhi)被吸附(fu)(fu)物通過固體(ti)表(biao)(biao)面的(de)(de)運動(dong)受(shou)到相分布的(de)(de)影響(xiang)； 表(biao)(biao)面濃(nong)度(du)(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(du)是主要驅動(dong)力(li)。

　　在(zai)像活(huo)性(xing)炭這(zhe)樣呈現層(ceng)次結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)許多(duo)系統中(zhong)，主要挑戰之一是(shi)(shi)對(dui)便捷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)察(cha)范(fan)圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理論描述(shu)。因此(ci)，宏觀(guan)平均值足以設(she)計和(he)建(jian)模，但需(xu)要一種放大方法來考慮較小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理尺寸。標準程序是(shi)(shi)多(duo)種運輸(shu)問(wen)(wen)題(ti)中(zhong)使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)積平均法。考慮到均相兩相多(duo)孔介質中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)等溫線(xian)，理論上升級了溶質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)和(he)吸附(fu)運輸(shu)，并(bing)報告了用于預(yu)測(ce)有(you)效性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相關閉合問(wen)(wen)題(ti)。隨后，將散(san)裝和(he)表面(mian)反應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果納入包裝棉線(xian)染色的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究，并(bing)報告了預(yu)測(ce)有(you)效性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相關問(wen)(wen)題(ti)。盡管(guan)如此(ci)，反應條件對(dui)有(you)效性(xing)（如有(you)效擴(kuo)散(san)率）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響尚不清楚，并(bing)在(zai)文獻中(zhong)做了一些努力來深入了解(jie)這(zhe)個(ge)問(wen)(wen)題(ti)。

　　本(ben)文從(cong)放大過(guo)程的(de)(de)角(jiao)度研究(jiu)了(le)吡啶在(zai)活性(xing)炭上的(de)(de)吸附(fu)，并(bing)確定了(le)相應的(de)(de)有(you)效(xiao)運輸性(xing)能。微觀尺度現象是通過(guo)體積平均(jun)法研究(jiu)的(de)(de)。因此(ci)(ci)，獲(huo)得宏(hong)觀控制(zhi)方程，以(yi)有(you)效(xiao)性(xing)表(biao)示。這(zhe)些(xie)方程用(yong)于解釋實驗數據，預測(ce)孔(kong)隙和表(biao)面(mian)的(de)(de)有(you)效(xiao)擴散率。因此(ci)(ci)，假(jia)設微觀結構具(ju)有(you)簡(jian)單的(de)(de)幾何形狀（圓柱體和球體的(de)(de)有(you)序介質）或(huo)從(cong)SEM(掃描電(dian)子顯微鏡(jing))獲(huo)取(qu)顯微照片處理的(de)(de)圖像(xiang)。此(ci)(ci)外(wai)，作為粗(cu)略估(gu)計，報道了(le)點表(biao)面(mian)擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使用500mL錐形瓶作為分(fen)批(pi)吸(xi)(xi)(xi)附劑獲取實驗吸(xi)(xi)(xi)附平衡(heng)數據。將(jiang)已(yi)知負荷(he)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)尼(ni)龍網袋放入燒瓶中(zhong)，然后(hou)加(jia)(jia)入吡(bi)啶溶(rong)液(ye)。恒溫(wen)(wen)持(chi)續攪(jiao)拌是(shi)吸(xi)(xi)(xi)附過(guo)(guo)程。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)吡(bi)啶的(de)實驗吸(xi)(xi)(xi)附平衡(heng)數據如下。將(jiang)具有1g 活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和(he)480mL尼(ni)龍網袋(在(zai)(zai)吡(bi)啶溶(rong)液(ye)中(zhong))pH = 在(zai)(zai)批(pi)量(liang)(liang)(liang)吸(xi)(xi)(xi)附器中(zhong)加(jia)(jia)入已(yi)知的(de)初始濃度(du)(du)。在(zai)(zai)不(bu)同pH在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度(du)(du)下，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)吡(bi)啶的(de)吸(xi)(xi)(xi)?的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進行(xing)了15次實驗。粒度(du)(du)分(fen)布(bu)分(fen)析(xi)(xi)了活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)量(liang)(liang)(liang)為0.001至0.27g范(fan)圍內的(de)變(bian)化。將(jiang)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品添加(jia)(jia)到溶(rong)解中(zhong)SFG對乙(yi)酰氨基酚溶(rong)液(ye)在(zai)(zai)室(shi)溫(wen)(wen)下(37).0±0.1℃)下以100rpm恒速攪(jiao)拌保持(chi)4小時。然后(hou)過(guo)(guo)濾樣(yang)(yang)品5ml用于溶(rong)液(ye)提取物UV / VIS分(fen)析(xi)(xi)。對乙(yi)酰氨基酚的(de)吸(xi)(xi)(xi)附量(liang)(liang)(liang)通過(guo)(guo)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)平衡(heng)計算。在(zai)(zai)濃度(du)(du)分(fen)析(xi)(xi)中(zhong)使用以前建立的(de)線(xian)性(xing)關(guan)系(xi)。對于高(gao)濃度(du)(du)溶(rong)液(ye)，需要稀釋區域(yu)分(fen)析(xi)(xi)。將(jiang)吸(xi)(xi)(xi)光度(du)(du)讀數從(cong)校準(zhun)曲線(xian)中(zhong)取出(chu)，確定相應于等溫(wen)(wen)線(xian)中(zhong)每個點的(de)平衡(heng)濃度(du)(du)。平衡(heng)時的(de)吸(xi)(xi)(xi)附量(liang)(liang)(liang)qe(mg / g)。

　　活性炭(tan)表(biao)面官能團的(de)鑒定

　　三種活性炭(3424、2852、2921和1125cm -1)的(de)共(gong)同譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶(dai)屬于(yu)堿(jian)基(ji)(ji)(ji)-OH拉(la)伸(shen)(shen)。2852和2921cm -1處(chu)的(de)峰值(zhi)是(shi)由于(yu)脂族的(de)存在(zai)CH，CH 2和CH 三基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)預計1125cm -1處(chu)與羧(suo)基(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)有關。樣品(pin)NB可分(fen)配給(gei)內酯(zhi)基(ji)(ji)(ji)團(tuan)(tuan)的(de)1737顯示cm -一帶(dai)，在(zai)樣品(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)1710cm -根據報告，峰其可分(fen)配到內酯(zhi)或非(fei)芳族羧(suo)基(ji)(ji)(ji)C = O拉(la)伸(shen)(shen)在(zai)1712cm -1處(chu)發生。可分(fen)配1600-1650cm-1的(de)帶(dai)C = O醌基(ji)(ji)(ji)。發現以(yi)下(xia)頻段：1652cm-1NE，1629厘米(mi)(mi)-1為NB / NE，和1641厘米(mi)(mi)-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見頻帶(dai)尚未明確(que)解釋。芳環拉(la)伸(shen)(shen)對被分(fen)配到高度(du)共(gong)軛的(de)基(ji)(ji)(ji)礎上。在(zai)2900cm -1處(chu)的(de)峰對應于(yu)以(yi)下(xia)官(guan)能(neng)團(tuan)(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波(bo)數1400和1700cm -一系列(lie)中(zhong)等強度(du)的(de)峰值(zhi)可歸因(yin)于(yu)酮、酯(zhi)、醛和羧(suo)酸的(de)存在(zai)C = O和C = C的(de)伸(shen)(shen)長。在(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相對應CO振動拉(la)伸(shen)(shen)峰。

　　平衡等溫線

　　對乙酰氨基酚NE，NB和(he)ML37活性(xing)炭實(shi)驗吸(xi)附數(shu)據℃在圖3中繪制。等(deng)溫線(xian)表示，NB*高(gao)吸(xi)附容量和(he)*高(gao)吸(xi)附容量V MICO(厘米3 /克)，但由于微孔和(he)吸(xi)附能(neng)力之間沒有線(xian)性(xing)關系(xi)ML以較低(di)的(de)(de)(de)價(jia)值(zhi)呈(cheng)現類似的(de)(de)(de)值(zhi)Vmicro(表 2)。結果表明，活性(xing)炭的(de)(de)(de)吸(xi)附能(neng)力與其結構性(xing)質沒有簡單(dan)的(de)(de)(de)關系(xi)。它還表明，碳表面化學被認為是(shi)稀釋水溶(rong)液(ye)中吸(xi)附機(ji)制的(de)(de)(de)重要因素。

　　活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)對乙酰氨基酚分(fen)子(zi)的(de)壓實有效性(xing)與吸附位置的(de)*佳分(fen)布有關。乙酰氨基酚分(fen)子(zi)處于非離(li)子(zi)狀態SGF活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)顯示活(huo)性(xing)炭(tan)面(mian)積(ji)的(de)測(ce)定NB> NE> ML順(shun)序有更好的(de)方向。原因可能(neng)是(shi)吸附的(de)活(huo)性(xing)位點(dian)分(fen)別(bie)更好地(di)分(fen)布在(zai)結構(gou)和(he)功能(neng)平(ping)面(mian)上。

　　本研(yan)究報告的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)表明，活性炭ML可以設想為(wei)從SGF去除對乙酰氨基酚(fen)的(de)(de)(de)替代吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)。ML與(yu)商業(ye)標準NB和NE沒有(you)明顯的(de)(de)(de)差異。CO 2等溫(wen)線表明ML有(you)相似(si)之處NE圖案紋理(li)的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)材料。從三種活性炭的(de)(de)(de)比(bi)較可以看(kan)出，微(wei)孔(kong)結(jie)構和表面化學性質(zhi)在定義吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)方面起著關(guan)鍵作用。

　　確定(ding)對(dui)(dui)乙酰(xian)(xian)氨(an)(an)基(ji)(ji)酚對(dui)(dui)SGF中活性(xing)(xing)炭的(de)(de)吸附過(guo)(guo)程是(shi)自發的(de)(de)(ΔG<0)。在(zai)大(da)多數情況下，這些模型與分(fen)(fen)析(xi)的(de)(de)數據非(fei)常(chang)一致，這取決于活性(xing)(xing)炭的(de)(de)類型。對(dui)(dui)乙酰(xian)(xian)氨(an)(an)基(ji)(ji)酚的(de)(de)吸附可(ke)能發生在(zai)特定(ding)部位和(he)基(ji)(ji)底區(qu)域。氧化過(guo)(guo)程雖(sui)然由氧表(biao)面團進行(xing)，但之前(qian)的(de)(de)結果表(biao)明，不(bu)僅這些氧基(ji)(ji)的(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)性(xing)(xing)質和(he)分(fen)(fen)布(bu)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)重(zhong)要。對(dui)(dui)乙酰(xian)(xian)氨(an)(an)基(ji)(ji)酚分(fen)(fen)子橫(heng)截面積的(de)(de)估計表(biao)明是(shi)肯(ken)定(ding)的(de)(de)。