活性炭吸附酸性藍(lán)
今天我們分別在400℃和800℃下從木材制成的活性炭在10℃和45℃下從水溶液中吸附酸性藍(lán)，來進(jìn)行吸附研究。努力探索廉價(jià)和有效的吸附劑去除廢水中的顏色。在所有吸附劑中，活性炭是最常用于從廢水中去除污染物的吸附劑。特別地，用于從廢水中去除各種染料的活性炭的有效性使其成為其它昂貴治療方案的理想替代方案?；钚蕴康奈侥芰^大主要是由于其結(jié)構(gòu)特征(多孔結(jié)構(gòu))，使得其具有較大的表面積和化學(xué)性質(zhì)，易于改性以增加其性能。
顏色是可見的污染。水源的輕微著色可能使消費(fèi)者不能接受，盡管它可能沒有毒性。這種污染的根源在于合成染料的使用迅速增加。目前有不同的化學(xué)染料10,000余種，世界染料和染料中間體的生產(chǎn)估計(jì)約為7×10 8公斤。這些主要用于紡織，制革，制藥，食品包裝行業(yè)，紙漿和紙張，油漆和電鍍行業(yè)。染料制造和染料應(yīng)用過程中的污染物是高度著色。其他污染物如酸或堿，鹽，溶解和懸浮固體以及其它有毒化合物也可存在于流出物中。接收水體如河流或湖泊中的顏色可以抑制光合作用，其化合物可與金屬離子反應(yīng)，形成對魚類和其他水生生物有毒的物質(zhì)。
功能組對活性炭吸附的影響
活性炭具有石墨和非晶態(tài)之間的中間結(jié)構(gòu)，即所謂的渦流結(jié)構(gòu)或隨機(jī)層晶格結(jié)構(gòu)。與石墨不同，碳質(zhì)材料微晶非常小，邊緣上含有一些脂肪族側(cè)鏈。這些小晶體可以通過它們的鏈連接以形成所謂的大分子，其中無定形碳被捕獲在其中。酸性藍(lán)是攜帶磺酸基團(tuán)的陰離子三苯甲烷染料。在水溶液中，它以離子化SO ananionic - 3基團(tuán)。該染料離子，在接近到表面，受到庫侖斥力與含氧的官能團(tuán)(羧基，羰基等)存在于原料和400℃脫氣活性炭樣品。由于在該溫度下碳表面極性的降低和一些酸性氧表面官能度的分解，染料在800℃活性炭上的吸附是高的。也可能由于盲孔的打開而在高溫下活化而導(dǎo)致表面積增加而導(dǎo)致吸附的增加，導(dǎo)致表面積和孔體積增大。800℃活性炭樣品的非極性表面因此也是染料高吸附的原因。原料和400℃活性炭樣品上染料的較低吸附可能是由于位于孔口處的極性官能團(tuán)通過氫鍵強(qiáng)烈吸附水而導(dǎo)致孔隙收縮或孔隙堵塞。
活性炭對于固液吸附過程，溶質(zhì)轉(zhuǎn)移的特征通常是外部質(zhì)量傳遞(邊界層擴(kuò)散)或顆粒擴(kuò)散或兩者。吸附動力學(xué)可以通過三個連續(xù)步驟來描述，即將溶質(zhì)從本體溶液通過液膜輸送到吸附劑外表面; 溶質(zhì)擴(kuò)散到吸附劑的孔中，除了外部表面少量的吸附; 以及溶質(zhì)在吸附劑孔隙和毛細(xì)管空間內(nèi)表面擴(kuò)散和吸附的顆粒內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理。在這三個步驟中，第三步很快就被認(rèn)為是可以忽略的?？傮w吸附速率將由最慢的步驟控制，這將是膜擴(kuò)散或孔擴(kuò)散。然而，控制步驟可能分布在顆粒內(nèi)和外部傳輸機(jī)制之間。在這兩種情況下，外部擴(kuò)散涉及吸附過程?？梢酝ㄟ^早期的膜擴(kuò)散來控制染料在活性炭顆粒上的吸附，然后當(dāng)活性炭顆粒裝載染料離子時(shí)，吸附過程可以通過顆粒內(nèi)擴(kuò)散來控制。隨著吸附和活性炭活化溫度的升高而增加。這歸因于活性炭表面上最容易獲得的吸附位點(diǎn)的瞬時(shí)利用。
由木材制備的活性炭具有羧基等表面官能團(tuán)，800℃活化后消失，提高了吸附能力。EDS表明隨著活化溫度的升高，活性炭相對于氧的相對量增加。在大約15秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)了分子吸附和穩(wěn)定取向。顆粒內(nèi)和孔擴(kuò)散過程都涉及染料在碳表面上的相互作用。在800℃ 下由木材制成的活性炭可以有效地用作從水溶液中除去酸性藍(lán)的吸附劑。
本文作者：董帝豪
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