活性炭(tan)對吡啶吸附(fu)的研究

　　吡啶(ding)是一種無色易(yi)燃液(ye)體(ti)，氣味難聞，廣泛(fan)用于制造精(jing)細化學品（如藥物、維生素、染(ran)料）、農(nong)業(ye)化學品等(deng)。因此，它(ta)在工業(ye)廢水中(zhong)很(hen)常見，導致環(huan)境污(wu)染(ran)問題(ti)。這促使人們(men)開(kai)發了(le)一些去除水溶液(ye)中(zhong)污(wu)染(ran)物的方(fang)法(fa)，如生物降解、臭氧(yang)化、吸附等(deng)。

　　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(fang)香污染物（揮發性(xing)有機化合物、酚類、農(nong)藥和除(chu)草劑(ji)）的*佳可行技術之一。此外，據報道，活(huo)性(xing)炭(tan)可以有效地(di)從(cong)水(shui)溶液(ye)中去除(chu)吡啶。

　　多(duo)孔(kong)材料的(de)(de)整體(ti)(ti)吸附(fu)速率包括三(san)個連續步驟：外(wai)部質(zhi)量傳遞、顆粒內(nei)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)和固(gu)體(ti)(ti)基質(zhi)活性位點的(de)(de)吸附(fu)。顆粒內(nei)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)可能是(shi)(shi)由于(yu)孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)、表(biao)面(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)或兩種機制的(de)(de)組合(he)。孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)是(shi)(shi)指流體(ti)(ti)相中濃(nong)(nong)度(du)梯度(du)(即(ji)分(fen)子(zi)機制)引起的(de)(de)吸附(fu)物(wu)的(de)(de)運(yun)動，但(dan)受(shou)多(duo)孔(kong)基質(zhi)幾(ji)何(he)形狀的(de)(de)影響。孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)僅取決于(yu)分(fen)子(zi)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)系(xi)數(shu)和微尺度(du)相的(de)(de)空間分(fen)布。后一種概念定(ding)義了孔(kong)隙度(du)和曲折度(du)等多(duo)孔(kong)介(jie)質(zhi)的(de)(de)幾(ji)何(he)特(te)性。表(biao)面(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)是(shi)(shi)指被吸附(fu)物(wu)通過固(gu)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)的(de)(de)運(yun)動受(shou)到(dao)相分(fen)布的(de)(de)影響； 表(biao)面(mian)濃(nong)(nong)度(du)梯度(du)是(shi)(shi)主要驅動力。

　　在像活(huo)性(xing)炭這樣呈(cheng)現層次結構的(de)(de)(de)(de)許多(duo)系(xi)統中(zhong)，主(zhu)要(yao)(yao)挑(tiao)戰之一(yi)是(shi)對(dui)便捷的(de)(de)(de)(de)觀察范(fan)圍的(de)(de)(de)(de)理(li)論描述。因(yin)此，宏(hong)觀平均值足(zu)以設計(ji)和(he)(he)建模，但需要(yao)(yao)一(yi)種放大(da)方法(fa)來考慮較小(xiao)的(de)(de)(de)(de)物理(li)尺(chi)寸。標準程序(xu)是(shi)多(duo)種運輸問(wen)題中(zhong)使用的(de)(de)(de)(de)體積平均法(fa)。考慮到均相(xiang)兩(liang)相(xiang)多(duo)孔介(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)線性(xing)等(deng)溫(wen)線，理(li)論上升(sheng)級了溶質(zhi)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散和(he)(he)吸附運輸，并(bing)報(bao)告了用于(yu)預測有效性(xing)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關閉合問(wen)題。隨(sui)后(hou)，將散裝和(he)(he)表(biao)面反應(ying)的(de)(de)(de)(de)效果納入包(bao)裝棉線染色的(de)(de)(de)(de)研究，并(bing)報(bao)告了預測有效性(xing)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關問(wen)題。盡管如此，反應(ying)條件(jian)對(dui)有效性(xing)（如有效擴(kuo)散率）的(de)(de)(de)(de)影響尚不清(qing)楚，并(bing)在文獻中(zhong)做了一(yi)些努力來深入了解這個問(wen)題。

　　本文從放大過程的角(jiao)度(du)(du)研究了吡啶在(zai)活性炭(tan)上的吸(xi)附，并(bing)確定了相應的有(you)(you)(you)效運輸性能。微觀尺度(du)(du)現象是通過體積平均法研究的。因(yin)此(ci)(ci)，獲(huo)得宏觀控制(zhi)方程，以有(you)(you)(you)效性表(biao)示(shi)。這些方程用于(yu)解(jie)釋實驗數據，預測(ce)孔隙和(he)表(biao)面的有(you)(you)(you)效擴(kuo)散率。因(yin)此(ci)(ci)，假設微觀結構具有(you)(you)(you)簡單(dan)的幾(ji)何形狀（圓柱體和(he)球體的有(you)(you)(you)序介質）或從SEM(掃(sao)描電子(zi)顯微鏡)獲(huo)取(qu)顯微照片(pian)處理的圖(tu)像。此(ci)(ci)外，作(zuo)為粗(cu)略估(gu)計(ji)，報道了點表(biao)面擴(kuo)散率。

　　吸附平衡數據

　　使(shi)用(yong)500mL錐形(xing)瓶作(zuo)為(wei)分批吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑獲取實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)衡(heng)(heng)數(shu)(shu)據。將已知負荷活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)尼龍網袋放入(ru)燒瓶中(zhong)(zhong)(zhong)，然后加入(ru)吡啶溶液(ye)。恒(heng)溫(wen)(wen)持續攪(jiao)拌(ban)是吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)過程。活(huo)(huo)性炭(tan)上吡啶的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)衡(heng)(heng)數(shu)(shu)據如下(xia)。將具(ju)有1g 活(huo)(huo)性炭(tan)和(he)480mL尼龍網袋(在(zai)吡啶溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong))pH = 在(zai)批量(liang)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)器(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)加入(ru)已知的(de)(de)(de)(de)(de)初始濃度(du)。在(zai)不同(tong)pH在(zai)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)，活(huo)(huo)性炭(tan)上吡啶的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)進行了15次實(shi)驗(yan)。粒度(du)分布分析(xi)了活(huo)(huo)性炭(tan)樣品。活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)為(wei)0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)。將活(huo)(huo)性炭(tan)樣品添加到(dao)溶解中(zhong)(zhong)(zhong)SFG對乙酰氨(an)基酚溶液(ye)在(zai)室溫(wen)(wen)下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以100rpm恒(heng)速攪(jiao)拌(ban)保持4小時。然后過濾樣品5ml用(yong)于(yu)(yu)溶液(ye)提(ti)取物(wu)UV / VIS分析(xi)。對乙酰氨(an)基酚的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)通過質量(liang)平(ping)衡(heng)(heng)計(ji)算。在(zai)濃度(du)分析(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)以前建立的(de)(de)(de)(de)(de)線性關系。對于(yu)(yu)高濃度(du)溶液(ye)，需要稀釋區域分析(xi)。將吸(xi)(xi)(xi)光度(du)讀數(shu)(shu)從校準曲線中(zhong)(zhong)(zhong)取出，確(que)定相(xiang)應于(yu)(yu)等溫(wen)(wen)線中(zhong)(zhong)(zhong)每個點的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)濃度(du)。平(ping)衡(heng)(heng)時的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)qe(mg / g)。

　　活性(xing)炭表面官能團(tuan)的鑒定

　　三(san)種活性(xing)炭(3424、2852、2921和(he)(he)1125cm -1)的共同譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的帶(dai)屬于堿(jian)基(ji)(ji)(ji)-OH拉(la)伸(shen)(shen)。2852和(he)(he)2921cm -1處(chu)的峰值是由于脂族(zu)的存在(zai)(zai)(zai)CH，CH 2和(he)(he)CH 三(san)基(ji)(ji)(ji)團(tuan)預計1125cm -1處(chu)與羧(suo)基(ji)(ji)(ji)-OH基(ji)(ji)(ji)團(tuan)有(you)關(guan)。樣(yang)品NB可(ke)(ke)分配給(gei)內酯基(ji)(ji)(ji)團(tuan)的1737顯(xian)示cm -一帶(dai)，在(zai)(zai)(zai)樣(yang)品中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)(zai)1710cm -根(gen)據(ju)報告，峰其可(ke)(ke)分配到(dao)內酯或非芳(fang)族(zu)羧(suo)基(ji)(ji)(ji)C = O拉(la)伸(shen)(shen)在(zai)(zai)(zai)1712cm -1處(chu)發生。可(ke)(ke)分配1600-1650cm-1的帶(dai)C = O醌基(ji)(ji)(ji)。發現以(yi)下(xia)頻段：1652cm-1NE，1629厘(li)米-1為(wei)NB / NE，和(he)(he)1641厘(li)米-1為(wei)ML。NB / NE1578cm-1的常(chang)見頻帶(dai)尚未明確解釋。芳(fang)環拉(la)伸(shen)(shen)對(dui)被分配到(dao)高度(du)共軛的基(ji)(ji)(ji)礎上(shang)。在(zai)(zai)(zai)2900cm -1處(chu)的峰對(dui)應于以(yi)下(xia)官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外(wai)，波數1400和(he)(he)1700cm -一系列中(zhong)等強度(du)的峰值可(ke)(ke)歸因于酮、酯、醛和(he)(he)羧(suo)酸的存在(zai)(zai)(zai)C = O和(he)(he)C = C的伸(shen)(shen)長。在(zai)(zai)(zai)1038cm -1處(chu)， NE與酒精相(xiang)對(dui)應CO振動拉(la)伸(shen)(shen)峰。

　　平衡等溫線

　　對乙(yi)酰氨基酚(fen)NE，NB和ML37活性(xing)(xing)炭實(shi)驗吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)數據(ju)℃在圖3中繪制(zhi)。等溫線(xian)表(biao)示，NB*高吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)容量和*高吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)容量V MICO(厘米3 /克)，但(dan)由于微孔和吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)能力之間沒有線(xian)性(xing)(xing)關(guan)系ML以較低的價值呈現類(lei)似(si)的值Vmicro(表(biao) 2)。結果表(biao)明(ming)，活性(xing)(xing)炭的吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)能力與其結構性(xing)(xing)質沒有簡(jian)單的關(guan)系。它還表(biao)明(ming)，碳表(biao)面化學被(bei)認為是稀釋水溶(rong)液(ye)中吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)機制(zhi)的重要因素(su)。

　　活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表面對(dui)乙酰氨基(ji)酚(fen)分(fen)子的(de)壓(ya)實有效性(xing)與吸附(fu)位置(zhi)的(de)*佳(jia)分(fen)布有關。乙酰氨基(ji)酚(fen)分(fen)子處于非離(li)子狀態SGF活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表面顯示活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)面積(ji)的(de)測定NB> NE> ML順序有更好(hao)的(de)方向。原(yuan)因可能是(shi)吸附(fu)的(de)活(huo)性(xing)位點分(fen)別(bie)更好(hao)地分(fen)布在結構和功能平(ping)面上(shang)。

　　本(ben)研究報告的(de)(de)(de)(de)結果表(biao)明(ming)，活性炭(tan)ML可(ke)(ke)以設(she)想為(wei)從SGF去除對乙(yi)酰氨基酚的(de)(de)(de)(de)替代吸(xi)(xi)附劑。ML與商(shang)業標準NB和(he)NE沒(mei)有(you)(you)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)差異(yi)。CO 2等溫線(xian)表(biao)明(ming)ML有(you)(you)相似之(zhi)處NE圖(tu)案紋理的(de)(de)(de)(de)微孔材料。從三種活性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)比較可(ke)(ke)以看(kan)出，微孔結構和(he)表(biao)面(mian)化學性質在定(ding)義吸(xi)(xi)附能力方(fang)面(mian)起著關鍵作用。

　　確定(ding)對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)(an)基(ji)(ji)酚(fen)對(dui)SGF中活性炭(tan)的(de)(de)(de)吸附(fu)過(guo)程(cheng)是自發(fa)的(de)(de)(de)(ΔG<0)。在大多數(shu)情況下，這些模型(xing)與分析的(de)(de)(de)數(shu)據非常一致，這取決于活性炭(tan)的(de)(de)(de)類型(xing)。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)(an)基(ji)(ji)酚(fen)的(de)(de)(de)吸附(fu)可能(neng)發(fa)生在特定(ding)部位和基(ji)(ji)底(di)區域。氧(yang)化過(guo)程(cheng)雖然由氧(yang)表面團進行，但之前的(de)(de)(de)結果表明(ming)(ming)，不僅這些氧(yang)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)分布性質和分布變得非常重要。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)(an)基(ji)(ji)酚(fen)分子橫截面積的(de)(de)(de)估計表明(ming)(ming)是肯定(ding)的(de)(de)(de)。