活性炭對吡啶吸附的研究

　　吡啶是一種無色易燃液體，氣味難聞，廣泛用于制造精細(xì)化學(xué)品（如藥物、維生素、染料）、農(nóng)業(yè)化學(xué)品等。因此，它在工業(yè)廢水中很常見，導(dǎo)致環(huán)境污染問題。這促使人們開發(fā)了一些去除水溶液中污染物的方法，如生物降解、臭氧化、吸附等。

　　活性炭是吸附系統(tǒng)中*有效的吸附劑之一，用于從水溶液中去除有機(jī)化合物。活性炭是控制幾種芳香污染物（揮發(fā)性有機(jī)化合物、酚類、農(nóng)藥和除草劑）的*佳可行技術(shù)之一。此外，據(jù)報(bào)道，活性炭可以有效地從水溶液中去除吡啶。

　　多孔材料的整體吸附速率包括三個(gè)連續(xù)步驟：外部質(zhì)量傳遞、顆粒內(nèi)擴(kuò)散和固體基質(zhì)活性位點(diǎn)的吸附。顆粒內(nèi)擴(kuò)散可能是由于孔體積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散或兩種機(jī)制的組合?？左w積擴(kuò)散是指流體相中濃度梯度(即分子機(jī)制)引起的吸附物的運(yùn)動(dòng)，但受多孔基質(zhì)幾何形狀的影響?？左w積擴(kuò)散僅取決于分子擴(kuò)散系數(shù)和微尺度相的空間分布。后一種概念定義了孔隙度和曲折度等多孔介質(zhì)的幾何特性。表面擴(kuò)散是指被吸附物通過固體表面的運(yùn)動(dòng)受到相分布的影響； 表面濃度梯度是主要驅(qū)動(dòng)力。

　　在像活性炭這樣呈現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)的許多系統(tǒng)中，主要挑戰(zhàn)之一是對便捷的觀察范圍的理論描述。因此，宏觀平均值足以設(shè)計(jì)和建模，但需要一種放大方法來考慮較小的物理尺寸。標(biāo)準(zhǔn)程序是多種運(yùn)輸問題中使用的體積平均法?？紤]到均相兩相多孔介質(zhì)中的線性等溫線，理論上升級了溶質(zhì)的擴(kuò)散和吸附運(yùn)輸，并報(bào)告了用于預(yù)測有效性的相關(guān)閉合問題。隨后，將散裝和表面反應(yīng)的效果納入包裝棉線染色的研究，并報(bào)告了預(yù)測有效性的相關(guān)問題。盡管如此，反應(yīng)條件對有效性（如有效擴(kuò)散率）的影響尚不清楚，并在文獻(xiàn)中做了一些努力來深入了解這個(gè)問題。

　　本文從放大過程的角度研究了吡啶在活性炭上的吸附，并確定了相應(yīng)的有效運(yùn)輸性能。微觀尺度現(xiàn)象是通過體積平均法研究的。因此，獲得宏觀控制方程，以有效性表示。這些方程用于解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)測孔隙和表面的有效擴(kuò)散率。因此，假設(shè)微觀結(jié)構(gòu)具有簡單的幾何形狀（圓柱體和球體的有序介質(zhì)）或從SEM(掃描電子顯微鏡)獲取顯微照片處理的圖像。此外，作為粗略估計(jì)，報(bào)道了點(diǎn)表面擴(kuò)散率。

　　吸附平衡數(shù)據(jù)

　　使用500mL錐形瓶作為分批吸附劑獲取實(shí)驗(yàn)吸附平衡數(shù)據(jù)。將已知負(fù)荷活性炭的尼龍網(wǎng)袋放入燒瓶中，然后加入吡啶溶液。恒溫持續(xù)攪拌是吸附過程?；钚蕴可线拎さ膶?shí)驗(yàn)吸附平衡數(shù)據(jù)如下。將具有1g 活性炭和480mL尼龍網(wǎng)袋(在吡啶溶液中)pH = 在批量吸附器中加入已知的初始濃度。在不同pH在溫度下，活性炭上吡啶的吸附平衡。在pH活性炭對水溶液中吡啶的吸附能力*高。因此，選擇該pH研究活性炭上吡啶的吸附率。

　　初始吡啶濃度從20到10000mg / L不等。吡啶溶液與活性炭顆粒保持接觸，直至達(dá)到平衡。定期測量溶液pH值，并通過適當(dāng)添加0.01和0.1M的HCl和NaOH保持溶液恒定。達(dá)到平衡后，溶液中吡啶的濃度通過分光光度法測定，平衡吸附的吡啶質(zhì)量通過使吡啶的質(zhì)量平衡計(jì)算。在之前沒有活性炭的運(yùn)行中，證明吡啶不吸附在尼龍袋上。

　　測定水溶液中吡啶濃度

　　通過UV-水溶液中測定水溶液中吡啶的濃度。UV-24960分光光度計(jì).5nm吡啶溶液的吸光啶溶液的吸光度。因此，濃度范圍為10-50mg / L樣品的吡啶濃度由五種標(biāo)準(zhǔn)吡啶溶液制備的校準(zhǔn)曲線(吸光對濃度)估算。

　　獲取吸附數(shù)據(jù)的方法

　　利用旋轉(zhuǎn)籃式批次吸附器獲得吡啶在活性炭上的吸附濃度分布。吸附器1L三頸反應(yīng)燒瓶和葉片由不銹鋼籃的葉輪組成。將吡啶溶液倒入吸附器中，將活性炭顆粒放入連接到變速電機(jī)的軸上的不銹鋼網(wǎng)籃中。將吸附器部分浸入恒溫浴中。

　　適當(dāng)混合0.01N HCl和NaOH溶液來制備pH = 10的溶液(800-980mL)并加入吸附器?；钚蕴?1-5g)籃子放在幾個(gè)轉(zhuǎn)速條件(100，150，200rpm)下。適當(dāng)添加0.01和0.1N NaOH控制溶液的溶液pH。直到溫度和活性炭保持接觸pH保持恒定。然后關(guān)閉攪拌器，迅速將已知濃度提高到pH = 將吡啶溶液等分樣品倒入吸附劑溶液中，以獲得所需的初始濃度。溶液后，溶液總體積為1L。立即啟動(dòng)葉輪電機(jī)和計(jì)時(shí)器。用pH對溶液進(jìn)行監(jiān)測pH以上調(diào)整值。加入的NaOH溶液總體積小于2mL，占總體積的0.1%。定期取樣溶液(5)mL)并分析確定吡啶濃度。取樣時(shí)間分別為0、1、3、5、10、15、20、25、30、40、60、90、150和180分鐘。取樣后立即加5mL補(bǔ)充溶液使吸附劑溶液(1)L)總體積保持恒定。補(bǔ)充溶液的濃度是平衡初始濃度和*終濃度的平均值。添加劑的目的是取代樣品中取出的吡啶的質(zhì)量。

　　圖像處理和數(shù)值解決方案

　　用2400倍放大倍數(shù)掃描電子顯微鏡檢查活性炭的形狀。圖像用圖像處理工具箱處理。程序如下。首先，通過將灰度轉(zhuǎn)化為灰度(從0(黑色)到255(白色)，可以改善黑暗照區(qū)域的對比度。假設(shè)這些代表孔隙占據(jù)的部分，淺色區(qū)域與固體基質(zhì)(活性炭)有關(guān)。這個(gè)想法是，每個(gè)象素的灰度值被跟蹤(來自黑色)并積累以獲得體積分?jǐn)?shù) ε γ 暗像素。其次，所有具有等于或小于閾值的像素都被轉(zhuǎn)換為白色(被孔占據(jù)的空間)，而具有較高值的像素則被轉(zhuǎn)換為黑色(實(shí)心矩陣)。*后，應(yīng)用濾波器來增強(qiáng)輪廓的定義。該程序允許我們獲得*終的二值圖像，其中白色和總像素之間的比例等于活性炭的孔隙率。事實(shí)上，來自SEM顯微照片的處理圖像提供了解決閉合問題的領(lǐng)域。

　　從整個(gè)研究來看，活性炭吸附吡啶的濃度衰減曲線。發(fā)現(xiàn)總有效擴(kuò)散系數(shù)是吡啶濃度平衡時(shí)的增加函數(shù)，主要是由于有效的表面擴(kuò)散比孔體積擴(kuò)散做出了更大的貢獻(xiàn)。此外，點(diǎn)表面擴(kuò)散系數(shù)可以通過使用簡單的微結(jié)構(gòu)幾何模型粗略估計(jì)。