活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭吸附芳香族有機(jī)化合物

　　在眾多此類物質(zhì)中，芳香族有機(jī)化合物構(gòu)成了重要的一類。在環(huán)境污染物中，最著名的無疑是酚類及其衍生物、染料等。由于這些化合物分子的有趣結(jié)構(gòu)，它們表現(xiàn)出許多重要的特性，因此它們表現(xiàn)出一些重要的特性，導(dǎo)致它們被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。本期對(duì)選定的芳香族有機(jī)化合物在活性炭上的吸附進(jìn)行了部分測(cè)試與分析。

　　活性炭的吸附過程一直是消除有毒化合物的簡(jiǎn)單且環(huán)境中性的技術(shù)。由于工業(yè)的集約化發(fā)展，世界許多國(guó)家的有毒物質(zhì)，包括芳香族有機(jī)化合物的排放量顯著增加。當(dāng)前的自然環(huán)境狀況促使科學(xué)家不斷致力于提高吸附方法的有效性。眾所周知，許多因素影響氣/固和液/固系統(tǒng)中污染物的去除效率。最重要的無疑包括吸附劑的表面電荷、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)、吸附物的結(jié)構(gòu)和疏水性以及吸附過程的條件，例如溫度]，pH、混合速度、吸附劑質(zhì)量與溶液體積的比率或競(jìng)爭(zhēng)物質(zhì)的存在。考慮到吸附吸收和速率，這些因素會(huì)影響吸附效果。對(duì)于許多不同的系統(tǒng)，吸附過程的平衡得到了很好的描述。然而，吸附動(dòng)力學(xué)仍需要廣泛研究，特別是系統(tǒng)特性和吸附過程傳導(dǎo)的影響需要進(jìn)一步分析。

　　活性炭的吸附特性

　　選擇兩種活性炭作為吸附劑。上述材料的結(jié)構(gòu)特性是根據(jù)氮?dú)馕��?解吸測(cè)量來估計(jì)的。兩種碳均具有較大的比表面積和較大的孔容，微孔含量約為40-46%。此外，還使用透射和掃描電子顯微鏡檢查了結(jié)構(gòu)和形態(tài)特性。此外，還通過電位滴定法研究了酸堿性質(zhì)，酸堿特性是根據(jù)電位滴定測(cè)量確定的，從而能夠確定零電荷點(diǎn)pHPZC。。使用透射電子顯微鏡來確定測(cè)試的碳材料的結(jié)構(gòu)特性。圖1顯示了活性炭1(圖1a、b)和活性炭2(圖1c、d)活性炭的TEM顯微照片。可以看出，這些材料的特點(diǎn)是高度發(fā)達(dá)且無序的多孔結(jié)構(gòu)，主要由緊密纏繞的單層碳組成。

　　圖1：活性炭1(a,b)和活性炭2(c,d)活性炭的TEM顯微照片。

　　吸附平衡和動(dòng)力學(xué)

　　研究了多種因素(pH、接觸時(shí)間、伴生物質(zhì)的存在、吸附物濃度以及吸附劑顆粒的質(zhì)量和尺寸)對(duì)所選有機(jī)化合物吸附平衡和動(dòng)力學(xué)的影響。使用廣義朗繆爾(GL)等溫方程分析平衡數(shù)據(jù)。使用一階(FOE)、二階(SOE)、混合1,2階(MOE)、類分形FOE(f-FOE)、類分形SOE(f-SOE)分析吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)、類分形MOE(f-MOE)和多指數(shù)(m-exp)動(dòng)力學(xué)方程。

　　圖2：吸附概要。

　　影響吸附的因素

　　有幾個(gè)因素影響芳香族有機(jī)化合物在活性炭上的吸附：

　　表面積：活性炭的高表面積為吸附提供了充足的位點(diǎn)，從而提高了其效率。

　　孔徑分布：活性炭的孔徑分布影響不同芳香族化合物的吸附能力。中孔和微孔對(duì)于吸附芳香族分子特別有效。

　　化學(xué)性質(zhì)：活性炭的表面化學(xué)，包括其官能團(tuán)和表面電荷，影響對(duì)芳香族化合物的吸附行為。

　　芳香族化合物的濃度和性質(zhì)：溶液中芳香族化合物的濃度和分子結(jié)構(gòu)影響吸附動(dòng)力學(xué)和平衡。

　　伴隨物質(zhì)存在的影響

　　影響吸附過程的下一個(gè)因素是競(jìng)爭(zhēng)物質(zhì)的存在。一般來說，由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中存在共吸附物，所討論的過程的速率降低，這是溶液組分競(jìng)爭(zhēng)吸附的結(jié)果。還應(yīng)該補(bǔ)充的是，在多組分系統(tǒng)的情況下，較小的吸附物顆粒將更有效地?cái)U(kuò)散到吸附劑內(nèi)表面。在本研究中，研究了伴隨物質(zhì)的存在對(duì)活性炭上亞甲基藍(lán)(MB)系統(tǒng)中2-、3-和4-硝基苯酚(2-、3-和4-NF) 吸附的影響。在共吸附物存在下所選有機(jī)化合物在活性炭活性炭上的吸附等溫線(a)和吸附動(dòng)力學(xué)的比較，其濃度隨時(shí)間的變化曲線(b)呈現(xiàn)出來，相對(duì)吸附隨時(shí)間的變化(c)和線性Bangham坐標(biāo)(d)。

　　活性炭吸附芳香族有機(jī)化合物，我們?yōu)榱颂峁┯嘘P(guān)吸附機(jī)理的詳細(xì)而全面的信息，確定了多種因素對(duì)從水溶液中去除有機(jī)污染物的過程效率的影響。研究了活性炭上2-、3-和4-硝基苯酚的吸附量對(duì)接觸時(shí)間和吸附劑顆粒尺寸的依賴性。此外，還評(píng)估了吸附劑質(zhì)量與吸附物量之比對(duì)活性炭上鄰位、間位和對(duì)位取代的苯酚及其硝基單衍生物吸附動(dòng)力學(xué)的影響。此外，還檢查了競(jìng)爭(zhēng)物質(zhì)的存在對(duì)亞甲基藍(lán)、2-硝基苯酚、3-硝基苯酚和4-硝基苯酚在活性炭上的吸附吸收和速率的影響。所使用的研究方法能夠嚴(yán)格控制吸附系統(tǒng)的溫度以及搖動(dòng)和混合的速度。此外，使用大量吸附動(dòng)力學(xué)和平衡方程和模型對(duì)吸附值和速率數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)處理，能夠精確確定測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的吸附機(jī)制。芳香族有機(jī)化合物在活性炭上的吸附是一個(gè)復(fù)雜而有效的過程，由碳表面和芳香族分子之間的物理相互作用驅(qū)動(dòng)。了解影響吸附行為的因素對(duì)于優(yōu)化活性炭吸附劑的設(shè)計(jì)和應(yīng)用至關(guān)重要。

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