活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附芳香族有機化合物

　　在眾多此類物質中，芳香族有機化合物構成了重要的一類。在環境污染物中，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構，它們表現出許多重要的特性，因此它們表現出一些重要的特性，導致它們被廣泛應用于各個工業領域。本期對選定的芳香族有機化合物在活性炭上的吸附進行了部分測試與分析。

　　活性炭的吸附過程一直是消除有毒化合物的簡單且環境中性的技術。由于工業的集約化發展，世界許多國家的有毒物質，包括芳香族有機化合物的排放量顯著增加。當前的自然環境狀況促使科學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、結構和結構參數、吸附物的結構和疏水性以及吸附過程的條件，例如溫度]，pH、混合速度、吸附劑質量與溶液體積的比率或競爭物質的存在。考慮到吸附吸收和速率，這些因素會影響吸附效果。對于許多不同的系統，吸附過程的平衡得到了很好的描述。然而，吸附動力學仍需要廣泛研究，特別是系統特性和吸附過程傳導的影響需要進一步分析。

　　活性炭的吸附特性

　　選擇兩種活性炭作為吸附劑。上述材料的結構特性是根據氮氣吸附/解吸測量來估計的。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構和形態特性。此外，還通過電位滴定法研究了酸堿性質，酸堿特性是根據電位滴定測量確定的，從而能夠確定零電荷點pHPZC。。使用透射電子顯微鏡來確定測試的碳材料的結構特性。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，這些材料的特點是高度發達且無序的多孔結構，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。

　　吸附平衡和動力學

　　研究了多種因素(pH、接觸時間、伴生物質的存在、吸附物濃度以及吸附劑顆粒的質量和尺寸)對所選有機化合物吸附平衡和動力學的影響。使用廣義朗繆爾(GL)等溫方程分析平衡數據。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)分析吸附動力學數據、類分形MOE(f-MOE)和多指數(m-exp)動力學方程。

　　圖2：吸附概要。

　　影響吸附的因素

　　有幾個因素影響芳香族有機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，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。中孔和微孔對于吸附芳香族分子特別有效。

　　化學性質：活性炭的表面化學，包括其官能團和表面電荷，影響對芳香族化合物的吸附行為。

　　芳香族化合物的濃度和性質：溶液中芳香族化合物的濃度和分子結構影響吸附動力學和平衡。

　　伴隨物質存在的影響

　　影響吸附過程的下一個因素是競爭物質的存在。一般來說，由于實驗系統中存在共吸附物，所討論的過程的速率降低，這是溶液組分競爭吸附的結果。還應該補充的是，在多組分系統的情況下，較小的吸附物顆粒將更有效地擴散到吸附劑內表面。在本研究中，研究了伴隨物質的存在對活性炭上亞甲基藍(MB)系統中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化合物在活性炭活性炭上的吸附等溫線(a)和吸附動力學的比較，其濃度隨時間的變化曲線(b)呈現出來，相對吸附隨時間的變化(c)和線性Bangham坐標(d)。

　　活性炭吸附芳香族有機化合物，我們為了提供有關吸附機理的詳細而全面的信息，確定了多種因素對從水溶液中去除有機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接觸時間和吸附劑顆粒尺寸的依賴性。此外，還評估了吸附劑質量與吸附物量之比對活性炭上鄰位、間位和對位取代的苯酚及其硝基單衍生物吸附動力學的影響。此外，還檢查了競爭物質的存在對亞甲基藍、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格控制吸附系統的溫度以及搖動和混合的速度。此外，使用大量吸附動力學和平衡方程和模型對吸附值和速率數據進行詳細處理，能夠精確確定測試實驗系統中的吸附機制。芳香族有機化合物在活性炭上的吸附是一個復雜而有效的過程，由碳表面和芳香族分子之間的物理相互作用驅動。了解影響吸附行為的因素對于優化活性炭吸附劑的設計和應用至關重要。

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