活性炭吸附去除苯二胺

　　水在環(huán)境保護(hù)中一直是關(guān)鍵問(wèn)題，然而由于工業(yè)活動(dòng)中排放的化學(xué)廢料，污染現(xiàn)象越來(lái)越多。這些化學(xué)廢水包含的污染物可以是無(wú)機(jī)的，例如重金屬，也可以是有機(jī)的，包括有機(jī)染料，例如主要用于化妝品行業(yè)的對(duì)苯二胺。該化合物會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，面對(duì)這種情況，吸附技術(shù)是去除污染物有機(jī)水中簡(jiǎn)單，有效的方法。而活性炭是比較常用的吸附劑，本次我們測(cè)試一下活性炭吸附去除苯二胺的具體效果。

　　活性炭的制備條件

　　活性炭的制備在室溫下干燥之前，用蒸餾水洗滌，隨后進(jìn)行粉碎研磨處理并使用電篩篩分，以獲得63μm的均勻粉末粒度。所得粉末在使用電爐煅燒前用磷酸進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理。根據(jù)特定比例添加磷酸來(lái)進(jìn)行活化，并在110℃的爐中干燥48小時(shí)。隨后將干燥混合物引入坩堝陶瓷中，在450℃下在爐中煅燒，使其孔隙逐漸打開(kāi)。用蒸餾水徹底清洗活性炭表面的活性殘留物，該步驟用來(lái)控制活性炭的pH。這樣得到的活性炭在110℃的烘箱中再次干燥48小時(shí)獲得成品。

　　活性炭的間歇吸附研究

　　活性炭的吸附時(shí)間影響可從圖1看出，活性炭吸附分三步進(jìn)行：第一是在最初的30分鐘內(nèi)，污染物的吸附量很快就被確定了，這可以用在吸附劑的外表面存在大量空置的結(jié)合位點(diǎn)，這使得吸附劑易于吸附到該表面。第二在31分鐘后，吸附速率降低，過(guò)程緩慢。活性炭的其他位置達(dá)到飽和后，污染物顆粒將遷移到吸附劑內(nèi)部。由于易于接近，因此吸附過(guò)程緩慢：顆粒內(nèi)擴(kuò)散。第三從80分鐘開(kāi)始，我們觀察到一次接觸，活性炭已達(dá)到其最大容量。我們可以說(shuō)這些吸附劑的平衡時(shí)間是80分鐘。然而，磷酸活化的活性炭吸附量的演化曲線顯示，在最初的30分鐘內(nèi)，污染物的吸附量顯著增加，此后，污染物的吸附量急劇下降，這將是一種產(chǎn)物解吸。這一現(xiàn)象在其他吸附劑中是不可見(jiàn)的，這可能意味著可用孔隙的數(shù)量和結(jié)合力隨著所用活化劑濃度的增加而增加，這一點(diǎn)還通過(guò)碘值和亞甲基藍(lán)的值進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　圖1：接觸時(shí)間對(duì)制備的活性炭上苯二胺吸附容量的影響。

　　苯二胺的初始濃度對(duì)活性炭吸附的影響在圖2顯示了，吸附百分比隨溶液初始濃度的增加而增加。這可能是解釋為濃度的增加導(dǎo)致在活性炭表面分子污染物產(chǎn)生了一個(gè)大的傳遞力，在活性炭表面存在的分子數(shù)量增加，因此促進(jìn)吸附。我們可以看到，在相同的比例下，低濃度下活性炭的吸附百分率高于參照吸附劑的吸附百分率。這可以得出結(jié)論，活性炭表面的吸附不太受發(fā)生的遷移現(xiàn)象的影響。

　　圖2：苯二胺的吸附容量與初始濃度的函數(shù)關(guān)系。

　　活性炭吸附去除苯二胺的吸附等溫線

　　吸附等溫線的測(cè)定與苯二胺吸附到活性炭表面的過(guò)程最為對(duì)應(yīng)，由R2值進(jìn)行。Freundlich等溫線更能描述活性炭在表面的吸附過(guò)程，相關(guān)系數(shù)分別為0.988、0.979、0.958、0.996和0.973。同時(shí)，活性炭表面吸附過(guò)程為模型描述的DRK，R2=0.968。從該等溫線得到的吸附能均大于平均值，與化學(xué)吸附相對(duì)應(yīng)。Temkin等溫線提供的不同能量的觀察表明，酸性活性炭表面的吸附熱B1遠(yuǎn)優(yōu)于氯化鋅活性炭表面的吸附熱B1，而結(jié)合能平衡則相反;這意味著苯二胺在特定活化劑的活性炭表面吸附比在活性炭磷酸表面的吸附更強(qiáng)烈。

　　圖3：根據(jù)Langmuir(a)，F(xiàn)reundlich，(b)條件D-R-K，(c)和Temkin，(D)苯二胺在活性炭上的吸附等溫線。

　　在研究活性炭吸附去除苯二胺中，采用其他活化劑和磷酸制備吸附性能較好的活性炭，并將其應(yīng)用于對(duì)苯二胺的還原反應(yīng)。根據(jù)活性炭的材質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)用特定活化劑活化的活性炭擁有的碘值和亞甲藍(lán)吸附值更高。然而，pH值的零電荷點(diǎn)表明所有制備的活性炭都是酸性的(pHPZC˂7)。Freundlich和Dubinin-Radushkevich等溫線模型能描述這些活性炭在表面上的吸附動(dòng)力學(xué)(R2˃0.95)，從該等溫線得到的吸附能均大于平均值，對(duì)應(yīng)于化學(xué)吸附。

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