活性炭對吡啶吸附的研究

　　吡啶是一(yi)種無色易(yi)燃液體，氣味難聞，廣泛用于制造(zao)精細化(hua)學品(pin)（如藥物、維生素、染料）、農業化(hua)學品(pin)等。因此，它(ta)在工(gong)業廢水(shui)中很常(chang)見，導致環境污染問題(ti)。這促使人們(men)開發了一(yi)些(xie)去除水(shui)溶液中污染物的方法，如生物降解、臭氧(yang)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。活性炭是控制幾種芳香(xiang)污(wu)染物(wu)（揮發性(xing)有機化合物(wu)、酚類(lei)、農藥和(he)除草(cao)劑）的*佳可行技術之(zhi)一。此外，據報(bao)道(dao)，活性(xing)炭可以有效(xiao)地從水溶(rong)液中去(qu)除吡啶(ding)。

　　多孔(kong)材料的(de)(de)(de)整(zheng)體(ti)(ti)吸附(fu)(fu)(fu)速率包括三個(ge)連續步驟(zou)：外部質(zhi)量傳(chuan)遞、顆粒內擴(kuo)散(san)(san)和(he)固(gu)體(ti)(ti)基(ji)質(zhi)活性位點的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)。顆粒內擴(kuo)散(san)(san)可能是(shi)(shi)由于孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)、表面擴(kuo)散(san)(san)或兩(liang)種(zhong)機制的(de)(de)(de)組合(he)。孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)是(shi)(shi)指流體(ti)(ti)相中(zhong)濃度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)(即(ji)分子(zi)機制)引(yin)起的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)物的(de)(de)(de)運動(dong)(dong)，但(dan)受多孔(kong)基(ji)質(zhi)幾何(he)(he)形狀的(de)(de)(de)影響。孔(kong)體(ti)(ti)積擴(kuo)散(san)(san)僅取決于分子(zi)擴(kuo)散(san)(san)系數和(he)微(wei)尺(chi)度(du)(du)(du)相的(de)(de)(de)空間(jian)分布。后一種(zhong)概念定義了(le)孔(kong)隙度(du)(du)(du)和(he)曲折度(du)(du)(du)等多孔(kong)介質(zhi)的(de)(de)(de)幾何(he)(he)特性。表面擴(kuo)散(san)(san)是(shi)(shi)指被吸附(fu)(fu)(fu)物通(tong)過(guo)固(gu)體(ti)(ti)表面的(de)(de)(de)運動(dong)(dong)受到相分布的(de)(de)(de)影響； 表面濃度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)是(shi)(shi)主要驅動(dong)(dong)力(li)。

　　在(zai)像活性炭這樣呈現(xian)層次(ci)結(jie)構的(de)(de)(de)許多(duo)系統中，主(zhu)要挑戰之(zhi)一是對便捷的(de)(de)(de)觀察(cha)范圍(wei)的(de)(de)(de)理(li)論(lun)描述。因此，宏觀平(ping)均值足以(yi)設計和(he)建模，但(dan)需要一種放大方(fang)法(fa)(fa)來(lai)考慮(lv)(lv)較小的(de)(de)(de)物理(li)尺寸。標準程序是多(duo)種運輸(shu)(shu)問(wen)題中使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)體積平(ping)均法(fa)(fa)。考慮(lv)(lv)到均相兩相多(duo)孔(kong)介(jie)質(zhi)中的(de)(de)(de)線(xian)性等溫線(xian)，理(li)論(lun)上升級了溶質(zhi)的(de)(de)(de)擴(kuo)散和(he)吸(xi)附(fu)運輸(shu)(shu)，并報告了用(yong)(yong)于預測(ce)(ce)有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)性的(de)(de)(de)相關閉合問(wen)題。隨后，將散裝和(he)表面(mian)反應(ying)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)納(na)入包裝棉線(xian)染色的(de)(de)(de)研究，并報告了預測(ce)(ce)有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)性的(de)(de)(de)相關問(wen)題。盡管如此，反應(ying)條(tiao)件對有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)性（如有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)擴(kuo)散率）的(de)(de)(de)影(ying)響尚不清楚，并在(zai)文獻中做了一些(xie)努(nu)力(li)來(lai)深入了解這個問(wen)題。

　　本文(wen)從(cong)(cong)放(fang)大過程的(de)(de)角(jiao)度研(yan)究了(le)吡啶在活(huo)性炭上的(de)(de)吸附，并確定了(le)相應的(de)(de)有效(xiao)(xiao)運輸性能。微(wei)觀(guan)(guan)尺度現象是通(tong)過體積(ji)平均法(fa)研(yan)究的(de)(de)。因此，獲得宏觀(guan)(guan)控制(zhi)方程，以有效(xiao)(xiao)性表示。這些方程用(yong)于解(jie)釋實驗數據，預測孔(kong)隙(xi)和(he)表面的(de)(de)有效(xiao)(xiao)擴(kuo)散率。因此，假設微(wei)觀(guan)(guan)結構具有簡單(dan)的(de)(de)幾何形狀（圓(yuan)柱體和(he)球體的(de)(de)有序介質）或從(cong)(cong)SEM(掃(sao)描電子顯微(wei)鏡)獲取顯微(wei)照片處理的(de)(de)圖像(xiang)。此外，作為粗(cu)略(lve)估計，報道了(le)點表面擴(kuo)散率。

　　吸附平衡數據

　　使(shi)用(yong)(yong)500mL錐形瓶作為(wei)分批吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)劑獲取實驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)平(ping)(ping)衡數(shu)據。將(jiang)已(yi)知(zhi)負荷活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼龍網袋放入(ru)燒瓶中(zhong)，然(ran)后加入(ru)吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液。恒(heng)溫持續(xu)攪拌是(shi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)過(guo)(guo)程。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)實驗(yan)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)平(ping)(ping)衡數(shu)據如下。將(jiang)具有(you)1g 活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和480mL尼龍網袋(在吡(bi)啶(ding)(ding)溶(rong)液中(zhong))pH = 在批量吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)器中(zhong)加入(ru)已(yi)知(zhi)的(de)(de)(de)初始濃(nong)度(du)(du)(du)。在不同(tong)pH在溫度(du)(du)(du)下，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)上吡(bi)啶(ding)(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進行了15次實驗(yan)。粒度(du)(du)(du)分布(bu)分析了活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)量為(wei)0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)變化(hua)。將(jiang)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)樣品添加到溶(rong)解中(zhong)SFG對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚(fen)溶(rong)液在室溫下(37).0±0.1℃)下以(yi)100rpm恒(heng)速攪拌保持4小(xiao)時。然(ran)后過(guo)(guo)濾樣品5ml用(yong)(yong)于溶(rong)液提取物(wu)UV / VIS分析。對(dui)乙(yi)酰(xian)氨(an)基酚(fen)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)量通過(guo)(guo)質量平(ping)(ping)衡計算。在濃(nong)度(du)(du)(du)分析中(zhong)使(shi)用(yong)(yong)以(yi)前(qian)建立的(de)(de)(de)線(xian)(xian)性(xing)關系。對(dui)于高濃(nong)度(du)(du)(du)溶(rong)液，需要稀釋區域分析。將(jiang)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)光度(du)(du)(du)讀數(shu)從校準曲(qu)線(xian)(xian)中(zhong)取出，確定相(xiang)應于等溫線(xian)(xian)中(zhong)每個(ge)點的(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡濃(nong)度(du)(du)(du)。平(ping)(ping)衡時的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)量qe(mg / g)。

　　活(huo)性(xing)炭表面(mian)官能(neng)團的鑒定

　　三種活性炭(3424、2852、2921和(he)(he)(he)1125cm -1)的(de)(de)(de)共同譜帶(dai)，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)(de)(de)帶(dai)屬于(yu)堿基(ji)-OH拉(la)伸。2852和(he)(he)(he)2921cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)(de)峰(feng)值是(shi)由于(yu)脂族(zu)的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和(he)(he)(he)CH 三基(ji)團(tuan)預(yu)計1125cm -1處(chu)(chu)與羧(suo)(suo)基(ji)-OH基(ji)團(tuan)有關。樣品NB可(ke)分(fen)(fen)配給內酯基(ji)團(tuan)的(de)(de)(de)1737顯示cm -一(yi)帶(dai)，在(zai)(zai)樣品中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根據報(bao)告，峰(feng)其可(ke)分(fen)(fen)配到內酯或非(fei)芳族(zu)羧(suo)(suo)基(ji)C = O拉(la)伸在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)(chu)發生。可(ke)分(fen)(fen)配1600-1650cm-1的(de)(de)(de)帶(dai)C = O醌基(ji)。發現以下頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘米-1為NB / NE，和(he)(he)(he)1641厘米-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)(de)(de)常見頻(pin)帶(dai)尚未明確解釋。芳環拉(la)伸對(dui)被分(fen)(fen)配到高(gao)度(du)共軛的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)(chu)的(de)(de)(de)峰(feng)對(dui)應(ying)于(yu)以下官能團(tuan)：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數(shu)1400和(he)(he)(he)1700cm -一(yi)系列中(zhong)等強度(du)的(de)(de)(de)峰(feng)值可(ke)歸因于(yu)酮、酯、醛和(he)(he)(he)羧(suo)(suo)酸的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)C = O和(he)(he)(he)C = C的(de)(de)(de)伸長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)(chu)， NE與酒精相對(dui)應(ying)CO振動拉(la)伸峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰(xian)氨基酚(fen)NE，NB和(he)ML37活性(xing)(xing)炭實驗吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)數據(ju)℃在圖(tu)3中(zhong)繪制。等溫線表(biao)示，NB*高(gao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量和(he)*高(gao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量V MICO(厘米3 /克)，但由(you)于微孔和(he)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能力(li)之間沒(mei)有(you)(you)線性(xing)(xing)關系(xi)ML以(yi)較低的(de)價(jia)值(zhi)呈現(xian)類似的(de)值(zhi)Vmicro(表(biao) 2)。結果表(biao)明(ming)，活性(xing)(xing)炭的(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能力(li)與其結構性(xing)(xing)質沒(mei)有(you)(you)簡單的(de)關系(xi)。它(ta)還表(biao)明(ming)，碳表(biao)面化學被認為是稀釋水溶液中(zhong)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機(ji)制的(de)重要因(yin)素(su)。

　　活(huo)性炭表面(mian)對乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚分(fen)(fen)子(zi)的(de)壓實有效性與吸附位置(zhi)的(de)*佳(jia)分(fen)(fen)布(bu)有關(guan)。乙酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚分(fen)(fen)子(zi)處(chu)于非離(li)子(zi)狀態(tai)SGF活(huo)性炭表面(mian)顯示活(huo)性炭面(mian)積的(de)測定NB> NE> ML順(shun)序有更好的(de)方(fang)向。原因(yin)可能是吸附的(de)活(huo)性位點分(fen)(fen)別(bie)更好地分(fen)(fen)布(bu)在(zai)結構(gou)和功能平(ping)面(mian)上。

　　本(ben)研究報告(gao)的(de)(de)結果表明(ming)，活性炭(tan)ML可(ke)以設想為從SGF去除對(dui)乙酰氨基(ji)酚的(de)(de)替代(dai)吸(xi)附(fu)劑。ML與(yu)商業標準NB和(he)NE沒(mei)有明(ming)顯的(de)(de)差異。CO 2等溫線(xian)表明(ming)ML有相(xiang)似之處NE圖案(an)紋理的(de)(de)微(wei)孔(kong)材(cai)料。從三種活性炭(tan)的(de)(de)比較(jiao)可(ke)以看出，微(wei)孔(kong)結構和(he)表面化學(xue)性質(zhi)在(zai)定義吸(xi)附(fu)能力方(fang)面起著關鍵(jian)作用。

　　確(que)定(ding)對(dui)乙酰(xian)氨(an)基(ji)酚對(dui)SGF中活(huo)性炭的吸附(fu)過(guo)程(cheng)是自發的(ΔG<0)。在(zai)大(da)多數(shu)情況(kuang)下，這(zhe)些模型(xing)與(yu)分(fen)析的數(shu)據非常一致，這(zhe)取決于活(huo)性炭的類型(xing)。對(dui)乙酰(xian)氨(an)基(ji)酚的吸附(fu)可能發生在(zai)特定(ding)部位(wei)和基(ji)底區域。氧(yang)化過(guo)程(cheng)雖然由氧(yang)表(biao)(biao)面團進行，但之前的結果表(biao)(biao)明，不僅這(zhe)些氧(yang)基(ji)的分(fen)布性質和分(fen)布變(bian)得非常重(zhong)要。對(dui)乙酰(xian)氨(an)基(ji)酚分(fen)子(zi)橫截面積的估計(ji)表(biao)(biao)明是肯定(ding)的。