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生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究
生物质活性炭是一种由生物质原料制备而成的碳材料，具有较高的孔隙结构和较大的比表面积，因此在染料吸附方面具有潜力。
本文将对生物质活性炭的合成方法以及其对染料的吸附性能进行研究。
生物质活性炭的合成方法有多种，其中一种常见的方法是热解法。
选取适当的生物质原料，如木材、秸秆等，进行初步处理，包括研磨、筛分等。
然后将处理后的生物质以一定比例放置在热解炉中，并在惰性气氛下进行热解反应。
通过控制热解的温度和时间，可以得到不同孔隙结构和比表面积的生物质活性炭。
还可以采用物理活化和化学活化等方法来制备生物质活性炭。
接下来，我们将研究生物质活性炭在染料吸附方面的性能。
我们可以通过扫描电子显微镜和孔隙分析仪等仪器来表征生物质活性炭的孔隙结构和比表面积。
结果表明，生物质活性炭具有丰富的微孔和介孔结构，以及较大的比表面积，这些特性使其在染料吸附方面具有优势。
我们还可以通过浸泡法或吸附实验等方法来研究生物质活性炭对染料的吸附性能。
结果显示，生物质活性炭对染料具有较高的吸附容量和快速的吸附速度，且吸附过程符合准二级动力学模型。
通过研究不同染料的吸附性能，我们可以进一步优化生物质活性炭的合成方法，以提高其在染料吸附方面的性能。
活性炭吸附活性黄3RS染料的研究郭晋杰;王晓龙;张聚华;聂素双【摘要】针对活性炭对活性黄3RS染料模拟废水吸附的影响因素,比较了不同活性炭目数、初始质量浓度、pH值和温度条件下活性炭吸附活性黄3RS染料模拟废水的去除率.结果表明:静态吸附中活性炭质量0.1g,粒径425 μm(35目),活性黄3RS 染料模拟废水pH值为4.0,初始质量浓度为20 mg/L,温度为50℃吸附300 min,模拟废水染料的去除率达99.9％.用准二级动力学方程模拟活性炭对活性黄3RS染料的吸附,其相关系数R2=0.999,表明活性黄3RS染料在活性炭上的吸附遵循准二级动力学方程.【期刊名称】《毛纺科技》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】5页(P30-34)【关键词】活性黄3RS染料;模拟废水;活性炭;静态吸附【作者】郭晋杰;王晓龙;张聚华;聂素双【作者单位】北京服装学院材料设计与工程学院,北京 100029;北京服装学院材料设计与工程学院,北京 100029;北京服装学院材料设计与工程学院,北京 100029;北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京 100029;北京服装学院材料设计与工程学院,北京 100029;北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TS193印染工业所产生的染色废水处理问题已成为环保中不可避免的问题。
印染废水具有水量大、有机污染物含量高、水质复杂等特点，属难处理的工业废水之一[1]。
对于印染废水的处理，吸附法因其操作简单、成本低、处理效果好而被认为是最有效的处理方法之一[2]，需开发适用性较广的吸附剂并进行治理[3]。
活性炭吸附法是一种应用较早的方法，该法对去除水中溶解性有机物非常有效[4]。
活性炭是含碳物质经过高温热解和活化得到的一类多孔状碳化物[5]，活性炭有较大的比表面积，一般可达到500～1 500 m2/g，其吸附能力主要来源于具有较大的吸附比表面积[6-7]。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究
生物质活性炭是一种重要的碳材料，它具有大孔径、高比表面积和良好的吸附性能等特点，在环境治理和资源利用等领域有广泛的应用。
本文将从生物质活性炭的合成方法和染料吸附性能两个方面进行研究和探讨。
生物质活性炭的合成方法可以分为物理法、化学法和生物法三种。
其中物理法主要是通过高温炭化和活化处理来获得活性炭。
高温炭化是将生物质原料在高温条件下加热，去除其非碳成分，得到高碳含量的炭材料。
活化处理是在高温下使用活化剂（如碱金属盐、酸等）处理炭材料，引入微孔结构和增加比表面积。
化学法则是通过在炭材料表面涂覆一定的活化剂，如磷酸或硫酸等，使其具有更好的吸附性能。
生物法则是利用生物体自身的特性，如微生物和植物对有机物的吸附能力，制备活性炭。
染料吸附性能是生物质活性炭的重要性能之一。
染料是一种广泛使用的化学物质，其废水排放会造成水体污染，研究生物质活性炭对染料的吸附性能具有重要的意义。
一般来说，生物质活性炭对染料的吸附性能受多种因素的影响，包括活性炭的孔径、比表面积和表面官能团等。
较大的孔径和比表面积意味着更多的吸附位置，可以提高吸附效果。
活性炭表面的官能团也能与染料分子之间发生相互作用，提高吸附效果。
优化生物质活性炭的合成方法和改进其吸附性能对于提高其染料吸附性能具有重要意义。
可以采用一些方法来实现这一目标。
在生物质活性炭的合成过程中添加一些辅助剂，如硼酸或硫酸等，可以改变炭材料的结构和孔径分布，从而增加其吸附容量。
通过对活性炭进行官能化改性，引入一些特定的官能团，如氨基、羟基等，可以增加其表面活性，提高染料的吸附效果。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究
生物质活性炭是一种由天然有机材料制成的活性炭，具有大孔结构、高比表面积和良好的吸附能力等优点。
本文主要研究了生物质活性炭的合成方法以及其在染料吸附方面的应用。
生物质活性炭的合成可以采用物理法、化学法和热解法等方法。
物理法是通过高温炭化和活化处理得到，化学法是通过化学活化剂或氧化剂进行处理得到，热解法则是将生物质材料进行热解得到活性炭。
不同的合成方法对活性炭的结构和性能有着不同的影响。
生物质活性炭的结构特点主要包括孔隙结构和表面功能基团。
孔隙结构分为微孔、介孔和大孔三种，这些孔隙的存在使得活性炭具有大比表面积和良好的吸附性能。
表面功能基团则是活性炭与被吸附物质之间相互作用的基础，包括羟基、羰基、酮基等。
生物质活性炭对染料的吸附性能与其孔隙结构和表面功能基团密切相关。
较大的比表面积能提供更多的吸附位置，较大的孔径能够使染料分子在活性炭孔道中更容易扩散，提高吸附效率。
表面功能基团则能与染料分子之间发生吸附作用，如氢键、范德华力等。
除了孔隙结构和功能基团的影响外，实验条件如溶液pH值、温度和初始染料浓度等也会对生物质活性炭的吸附性能产生影响。
较低的溶液pH值有利于染料分子与活性炭表面的羟基和羰基形成氢键，从而提高吸附效果。
较高的温度则会加快染料分子的扩散速度，增加吸附速率。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究1. 引言1.1 背景在目前的染料行业中，染料废水成为一个严重的环境问题，传统的处理方法效率低且成本高。
而利用生物质活性炭对染料废水进行吸附处理，不仅可以有效去除染料颜料，还能实现资源再利用。
研究生物质活性炭的合成方法以及其对染料吸附性能的研究具有重要的理论和应用意义。
通过深入探究生物质活性炭对染料的吸附性能及机理，有助于优化活性炭的制备工艺，提高染料废水处理效率，推动环境保护和资源利用的发展。
1.2 研究目的本研究旨在探讨生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能的影响，通过实验和分析研究生物质活性炭在染料吸附方面的应用潜力。
具体研究目的包括：1.探究不同生物质活性炭合成方法对其吸附性能的影响；2.研究生物质活性炭在染料吸附过程中的吸附机理及影响因素；3.评估生物质活性炭对染料吸附效果的表现，并与传统活性炭进行比较分析。
通过对生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能的研究，旨在为环境保护与治理提供新的技术支持和方法。
2. 正文2.1 生物质活性炭的合成方法生物质活性炭的合成方法包括物理方法和化学方法两种主要类型。
在物理方法中，常用的有炭化、活化和炭化-活化联合法。
炭化是指将生物质原料在高温下缓慢加热，获得一定碳化度的炭材料，然后再进行活化处理，提高孔隙结构的发育程度，增加活性炭的比表面积和孔体积。
活化方法主要包括化学活化和气体活化两种。
化学活化是指在炭化过程中加入活化剂或者在炭材料上浸渍活化剂，经高温热解进行活化处理。
气体活化是通过气氛中的活化气体，如CO2、H2O等，对炭材料进行活化处理。
炭化-活化联合法是将炭化和活化过程结合起来，以获得具有高比表面积和合适孔结构的活性炭材料。
化学方法包括酸洗法、碱洗法和氧化法等，通过在生物质原料中引入特定的化学试剂对其进行预处理或者直接合成活性炭。
各种合成方法都有其优缺点，需要根据具体需求选择合适的合成方法。
2.2 生物质活性炭对染料吸附性能研究生物质活性炭的孔隙结构、比表面积、表面官能团等特性对染料吸附性能具有重要影响。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究生物质活性炭是一种具有大孔结构和高比表面积的吸附材料，广泛用于环境治理领域。
本文主要介绍了生物质活性炭的合成方法以及对染料的吸附性能研究。
生物质活性炭的合成方法有很多种，常见的方法有物理活化法、化学活化法和热解法等。
物理活化法是将生物质原料先炭化，然后在高温下与活化剂（如水蒸气、CO2等）接触，使其发生活化反应，生成具有多孔结构和高比表面积的活性炭。
化学活化法是在生物质原料中添加活化剂，并在一定温度和压力下进行反应，生成活性炭。
热解法是将生物质原料加热至一定温度，使其发生热解反应，生成活性炭。
生物质活性炭的合成对其吸附性能有很大影响。
研究发现，合成方法中的活化剂种类、用量和活化温度等因素会显著影响生物质活性炭的孔径分布和比表面积，进而影响其对染料的吸附性能。
一般情况下，较高的活化温度和较大的活化剂用量可以得到具有较多且较大孔径的生物质活性炭，具有更好的吸附性能。
生物质活性炭对染料的吸附性能主要与其孔径结构有关。
生物质活性炭具有多孔结构，包括微孔（直径小于2 nm）、中孔（直径在2-50 nm之间）和大孔（直径大于50 nm）等。
染料分子大小不同，适合吸附的孔径也不同。
如亚甲基蓝分子较小，适合被微孔吸附；而甲基橙分子较大，适合被中孔吸附。
生物质活性炭的不同孔径结构可以提供不同的吸附位点和吸附能力，能够有效吸附不同大小的染料分子。
一般来说，生物质活性炭对染料的吸附性能与以下因素相关：孔径大小、比表面积、吸附时间、初始染料浓度和pH值等。
孔径大小和比表面积决定了活性炭的吸附能力，具有较大孔径和较大比表面积的活性炭可以更好地吸附染料。
吸附时间会影响染料与活性炭的接触时间，较长的吸附时间可以使更多染料分子被吸附。
初始染料浓度较高时，活性炭的吸附容量会达到饱和，吸附量不再增加。
pH值对染料的离子化程度和活性炭表面电荷有影响，适当的pH值可以提高染料的吸附量。
生物质活性炭是一种重要的吸附材料，在环境治理中具有广泛应用前景。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究引言生物质活性炭是一种由天然生物质经过一定的加工处理而得到的多孔性物质，具有高比表面积、丰富的表面官能团和良好的吸附性能。
生物质活性炭被广泛应用于水处理、气体净化、催化剂载体等领域。
在染料废水处理中，生物质活性炭也表现出良好的吸附特性，对染料的去除具有很高的效率和良好的选择性。
研究生物质活性炭的制备方法及其对染料的吸附性能，对于提高染料废水处理效率具有重要的意义。
一、生物质活性炭的合成方法在生物质活性炭的制备方法中，炭化和活化是两个关键步骤。
炭化是将生物质原料在高温下进行干馏，使其分解成炭质产物的过程；而活化则是在炭化产物的基础上，通过化学或物理方法对其进行处理，增加其比表面积和孔隙结构，提高其吸附性能。
目前常用的生物质活性炭制备方法包括物理活化法、化学活化法和生物活化法。
物理活化法是指采用水蒸气或二氧化碳等气体对炭化产物进行高温处理，以增加其孔隙结构和表面积；化学活化法是指使用碱性或酸性物质对炭化产物进行处理，以增加其表面官能团和孔隙结构；生物活化法则是利用微生物代谢产物对炭化产物进行处理，以改善其吸附性能。
生物质活性炭对染料的吸附性能受其比表面积、孔隙结构、表面官能团和微观形貌的影响。
一般来说，比表面积越大、孔隙结构越丰富、表面官能团越多的生物质活性炭对染料的吸附性能越好。
研究表明，不同类型的染料对生物质活性炭的吸附效果有所不同。
一些染料分子与生物质活性炭表面存在较弱的范德华力，易被吸附；而另一些染料分子则与生物质活性炭表面存在较强的π-π作用力或化学键结合，难以被吸附。
通过选择合适的生物质原料和优化制备工艺，可以提高生物质活性炭对染料的吸附效果。
在研究生物质活性炭对染料的吸附性能时，还需考虑其在实际应用中的稳定性和再生性。
一些研究表明，生物质活性炭对染料的吸附性能会随着反复循环使用而下降，这可能是由于染料分子在生物质活性炭表面的堵塞和化学修饰导致的。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究1. 引言1.1 研究背景目前，针对已有的生物质活性炭合成方法和染料吸附性能研究存在一定的局限性和不足，需要进一步深入研究。
本研究旨在探索生物质活性炭的合成方法，深入分析活性炭对染料的吸附性能，探讨活性炭结构与性能的关系，研究染料吸附机理，以及活性炭的再生与重复利用。
通过这些研究，有望为活性炭在染料吸附中的应用提供更加可靠的理论基础和实践指导。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能的研究具有重要的理论和实践意义，对于推动活性炭在环境领域的应用和发展具有积极的促进作用。
1.2 研究意义生物质活性炭是一种重要的环境材料，具有良好的吸附性能和环保特性。
随着环境污染问题的日益严重，研究生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能具有重要的意义。
生物质活性炭的合成方法可以有效利用废弃生物质资源，实现资源的再利用和循环经济的发展。
生物质活性炭对染料的吸附性能研究可以为染料废水的处理提供有效的解决方案，减少水污染对环境的危害。
通过分析活性炭的结构与性能关系以及研究染料的吸附机理，可以为活性炭的改性和优化设计提供理论基础，提高其吸附效率和循环利用率。
研究生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能具有重要的理论和实践意义，有助于推动环境保护和资源循环利用的发展。
2. 正文2.1 生物质活性炭的合成方法生物质活性炭是一种绿色环保材料，具有较高的表面积和孔隙结构，能够有效吸附染料等有机污染物。
生物质活性炭的合成方法主要包括炭化、活化和功能化等步骤。
炭化是将生物质原料经过高温热解的过程，将有机物转化为炭质；活化是通过化学或物理方法，在炭质表面生成更多的微孔和介孔结构，增加活性炭的吸附性能；功能化则是在活化过程中加入功能性基团，增强活性炭的特定吸附性能。
常见的生物质活性炭合成方法包括物理活化法、化学活化法、微波法、气相法等。
每种方法都有其独特的优缺点，选择合适的合成方法能够有效提高生物质活性炭的吸附性能和经济效益。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究生物质活性炭是一种新型的环境友好材料，具有良好的吸附性能，被广泛应用于水处理、空气净化、染料去除等领域。
本文将对生物质活性炭的合成方法和其对染料吸附性能的研究进行详细介绍。
生物质活性炭的合成方法有多种途径，其中最常用的包括物理法和化学法。
物理法主要是通过高温炭化、活化等过程从生物质原料中制备活性炭；化学法则是通过对生物质原料进行酸碱活化、氧化、硫化等处理制备活性炭。
而不同的合成方法会影响生物质活性炭的孔隙结构、比表面积、化学成分等特性，进而影响其吸附性能。
生物质活性炭对染料的吸附性能是其应用的重要性能之一。
一般来说，生物质活性炭对染料的吸附能力与其孔隙结构、表面化学性质、功能团等密切相关。
孔隙结构是影响活性炭吸附性能的重要因素，具有多孔结构的活性炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，能够有效地吸附染料分子。
活性炭表面的化学性质也会影响其对染料的吸附性能，例如表面羟基、羧基等官能团对染料分子的吸附具有一定的作用。
进一步，生物质活性炭对染料的吸附性能也受到染料分子结构的影响。
一般而言，染料分子的大小、形状、电荷等性质均会影响其在活性炭表面的吸附行为。
染料分子的化学结构也会影响其与活性炭表面功能团的相互作用，从而影响染料在活性炭表面的吸附行为。
生物质活性炭的应用前景广阔，但在实际应用过程中，还面临着一些挑战。
生物质活性炭的制备工艺、吸附性能的改进、再生利用等问题亟待解决。
今后的研究工作可以重点关注生物质活性炭的制备技术、改性工艺、吸附机理等方面，以提高其在水处理、染料去除等方面的应用效果。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究1.引言随着环境污染问题的日益严重，寻找高效环保的处理方法成为了当务之急。
而生物质活性炭因其来源丰富、成本低廉和对各种有机污染物有较好的吸附性能而备受关注。
本文旨在探讨生物质活性炭的合成方法以及其对染料吸附性能的研究，以期为解决环境污染问题提供新的思路和方法。
2.生物质活性炭的合成方法生物质活性炭是由天然生物质经过一定的加工和处理过程得到的一种多孔性固体物质，其吸附性能主要来源于其大量的微观孔道结构和表面的官能团。
目前常见的生物质活性炭合成方法包括炭化、活化、改性等步骤。
2.1 炭化炭化是将生物质原料在高温下进行干馏或缓慢热解，去除其中的水分、挥发物和残留物质，形成具有良好热稳定性的炭素骨架。
常见的炭化方法包括干馏法、热解法等。
由于生物质原料的种类和成分不同，其炭化条件和产物性质会有所差异，因此在实际操作中需要根据具体情况进行调整。
2.2 活化活化是在炭化产物的基础上，通过氧化剂或水蒸气等方法进行处理，增加其微孔和介孔的数量和表面积，提高其吸附性能。
常见的活化方法包括物理活化和化学活化两种。
物理活化是通过热处理的方式增加孔隙结构，化学活化则是在物理活化的基础上加入化学活化剂进行处理，以增加活性炭的孔隙结构和表面活性位点。
2.3 改性在炭化和活化的基础上，通过表面改性的方式改善活性炭的吸附性能。
常见的改性方法包括酸碱处理、氧化还原处理、离子交换等。
这些改性方法可以改变活性炭表面的化学性质，增加其对目标污染物的亲和力和选择性。
3.生物质活性炭对染料吸附性能的研究生物质活性炭因其丰富的微观孔道结构和表面官能团而具有良好的染料吸附性能。
在研究染料吸附性能时，需要考虑活性炭的孔结构、表面性质、染料分子的结构和性质等因素对吸附效果的影响。
3.1 孔结构生物质活性炭的吸附性能与其孔结构有着密切的关系。
较大的孔道可以提供更多的吸附位置，而较小的孔道则有更高的吸附选择性。
孔隙结构的合理设计和控制对于生物质活性炭的染料吸附性能至关重要。
生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究生物质活性炭是一种绿色环保材料，具有良好的吸附性能，广泛应用于水处理、废气处理以及化工领域。
本文将结合生物质活性炭的合成方法及其对染料吸附性能的研究，探讨其在环境领域的应用前景。
一、生物质活性炭的合成方法生物质活性炭是由生物质经过一系列的炭化、活化处理得到的吸附材料。
生物质活性炭的合成方法包括物理方法、化学方法和生物方法三种。
物理方法是指通过高温炭化和活化处理，将原生物质转化为活性炭。
常用的物理方法包括焙烧法、炭化法和蒸汽活化法。
焙烧法是将生物质放置在高温下进行干馏和炭化，得到活性炭。
炭化法是将生物质放置在缺氧条件下进行炭化，再进行活化处理。
蒸汽活化法是在炭化后的活性炭上用水蒸汽进行活化处理，增加其孔隙度和表面积。
化学方法是指在生物质炭化的过程中添加化学活化剂，如氯化锌、磷酸盐等，促使碳与活性氢之间的竞争反应转化为碳与空位之间的力学反应，提高活性炭的孔隙度和比表面积。
生物方法是指利用微生物对生物质进行降解，生成生物质活性炭。
常用的生物方法包括生物碳化和微生物酶解法。
以上三种方法各有优缺点，应根据实际需求选择合适的合成方法。
研究表明，生物质活性炭对染料的吸附性能受多种因素的影响，包括活性炭的孔隙结构、比表面积、表面功能团等。
一般来说，孔隙结构和比表面积越大的活性炭对染料的吸附能力越强。
活性炭上的功能团如羟基、酚基、羧基等也可以与染料分子发生化学吸附，增强其去除性能。
在具体的染料去除研究中，研究人员通常采用批试验或动态试验来评价生物质活性炭的吸附性能。
通过改变活性炭的孔隙结构、表面功能团等特性，可以提高其对染料的吸附效果。
生物质活性炭与其他吸附材料如氧化石墨烯、纳米材料等复合应用也成为研究的热点之一。
在水处理领域，生物质活性炭被广泛应用于净水处理、污水处理以及工业废水处理。
其对重金属离子、有机物和染料的高效吸附能力，使其成为理想的污水处理材料。
生物质活性炭与其他吸附材料的复合应用也被越来越多地研究和应用，提高了污水处理的效率和效果。
实验名称：分光光度法测定活性炭吸附有机染料的性能实验目的和要求1.熟练掌握磁力搅拌器和离心机的使用方法2.了解分光光度计的工作原理并掌握其使用方法3.复习电子天平的使用方法实验原理活性炭是一种多孔性的含炭物质, 它具有高度发达的孔隙构造, 活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与气体（杂质）充分接触，从而赋予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。
就象磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。
正因为如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将有害的杂质吸引到孔径中的目的。
原子吸收光谱法是依椐处于气态的被测元素基态原子对该元素的原子共振辐射有强烈的吸收作用而建立的。
该法具有检出限低、准确度高（火熖法相对误差小于1%），选择性好（即干扰少）分析速度快等优点。
在温度吸收光程，进样方式等实验条件固定时，样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收，其吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。
即A=KC 式中，K为常数。
据此，通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度，又巳知标准溶液浓度，可作标准曲线，求得未知液中待测元素浓度。
原子吸收光谱分析的工作曲线法和分光光度法相似。
根据样品的实际情况配制一组浓度适宜的标准溶液，在选定的操作条件下，将标准溶液由低浓度到高浓度依次喷入火掐中，分别测出个溶液的吸光度，以待测元素的浓度c作横坐标，以吸光度A作纵坐标，绘制A-C标准工作曲线。
然后在相同的实验条件下，喷入待测试液，测其吸光度，再从标准工作曲线上查出该吸光度所对应的浓度，即为试液中待测元素的浓度，通过计算可求出试样中待测元素的含量。
若标准溶液与试样溶液基本成分（基体）差别较大，则在测定中引入误差。
因而标准溶液于试样溶液所加的试剂应一致。
在测定过程中要吸喷去离子水或空白溶液，以校正基线（零点）的漂移。
由于燃气流量的变化或空气流量变化所引起的吸喷速率变化，会引起测定过程中标准曲线斜率发生变化。
活性炭纤维对活性染料的吸附动力学研究李颖,岳钦艳3,高宝玉,杨晶,郑艳(山东大学环境科学与工程学院,济南 250100)摘要:研究了活性炭纤维从水溶液中吸附4种活性染料(活性艳红K 22BP 、活性翠蓝K N 2G 、活性金黄K 23RP 、活性黑K N 2B )的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理.结果表明,活性炭纤维对4种染料的平衡吸附量q e 均随着初始浓度和温度的增加而升高,相同条件下,q e 的大小顺序为:活性艳红>活性金黄>活性黑>活性翠蓝.吸附过程符合伪二级吸附速率方程,染料分子的空间结构、大小和极性是影响初始吸附速率的主要因素.活性炭纤维对4种染料的吸附活化能都比较低,依次为16142、3156、5121和26138k J ・m ol-1,说明吸附过程以物理吸附为主.关键词:活性炭纤维;活性染料;吸附动力学中图分类号:X791 文献标识码:A 文章编号:025023301(2007)1122637205收稿日期:2006211216;修订日期:2006212230作者简介:李颖(1983～),女,硕士研究生,主要研究方向为水污染控制,E 2mail :liying427@ 3通讯联系人,E 2mail :qyyue @Adsorption K inetics of R eactive Dyes on Activated C arbon FiberLI Y ing ,Y UE Qin 2yan ,G AO Bao 2yu ,Y ANGJing ,ZHE NG Y an(School of Environmental Science and Engineering ,Shandong University ,Ji ’nan 250100,China )Abstract :The ads orption capability of activated carbon fiber (ACF )to four reactive dyes (reactive brilliant red K 22BP ,reactive turquoise blue K N 2G,reactive g olden yellow K 23RP ,reactive black K N 2B )in aqueous s olution was studied ,and ads orption mechanism was focused on from kinetics point of view.The results show that the equilibrium ads orbing capacity (q e )of each dye increases with the addition of initial concentration or tem perature.On the same condition ,the order of q e is :reactive brilliant red >reactive g olden yellow >reactive black >reactive turquoise blue.The ads orption processes follow a pseudo second 2order kinetic rate equation ,and the steric structure ,size and polarity of dyes are im portant in fluence factors to initial ads orption rate.The ads orption activation energy of each dye is low (16142,3156,5121,26138k J ・m ol -1respectively ),which indicates that it belongs to physics ads orption.K ey w ords :activated carbon fiber ;reactive dyes ;ads orption kinetics 活性炭纤维(activated carbon fiber ,ACF )是20世纪60～70年代发展起来的一种新型高效吸附剂,在宏观形态和微观结构上都与传统活性炭有着本质的区别.相比于活性炭(粒状和粉状),活性炭纤维具有比表面积大、微孔丰富、孔径小且分布窄、吸附量大、吸附速度快等优点[1],在水和废水处理等方面有着广泛的应用前景.目前,国内对活性炭纤维处理印染废水的研究还很少,并且仅局限于吸附条件的影响等基本吸附性能的研究.本实验采用商业活性炭纤维,以活性染料(活性艳红K 22BP 、活性翠蓝K N 2G 、活性金黄K 23RP 、活性黑K N 2B )为对象,研究了活性炭纤维对活性染料的吸附动力学行为,为了解其吸附途径和吸附机理提供了依据.1 材料与方法111 试剂与仪器活性炭纤维(基本性能见表1);染料为活性艳红K 22BP (记作RBR K 22BP ,最大吸收波长λmax =538nm ),活性翠蓝K N 2G (RT B K N 2G,λmax =598nm ),活性金黄K 23RP (RGY K 23RP ,λmax =418nm ),活性黑K N 2B (RB K N 2B ,λmax =600nm ),以上均为工业品(见表2);ST 208A 型比表面积测定仪,SHZ 282型水浴恒温振荡器,日立S 2520型扫描电镜(SE M ),UV 2754分光光度计.112 实验方法11211 活性炭纤维的预处理先将活性炭纤维在大烧杯中用去离子水冲洗(去除其中的水溶性物质和挥发性物质),再在可调电炉上高温加热,待煮沸后继续加热30min ,冷却、换水,重复以上操作3次,然后在105℃下烘干6h ,用研钵将烘干的ACF 磨碎后过120目筛,取筛下物备用.11212 碘吸附值与比表面积的测定按照《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》(G B ΠT 124961821999)的标准方法测定活性炭纤维的碘吸附值;用ST 208A 型比表面积测定仪测定活性炭第28卷第11期2007年11月环 境 科 学E NVIRONME NT A L SCIE NCEV ol.28,N o.11N ov.,2007表1 活性炭纤维的基本性能T able 1 Basic properties of ACF单丝直径ΠμmρΠg ・cm -3总比孔容Πm L ・g -1比表面积Πm 2・g -1孔径分布Π%<2nm 2～4nm 4～10nm>10nm 10～200104～0106018～11217438319611612318表2 染料的分子式、分子量和类型T able 2 M olecular formula ,m olecular weight and type of the four dyes染料名称 分子式分子量类型RGY K 23RP C 19H 11ClN 7O 9S 3・3Na 730130一氯均三嗪型单偶氮染料RBR K 22BP C 25H 14Cl 2N 7O 10S 3・3Na 808148一氯均三嗪型单偶氮染料RB K N 2B C 26H 21N 5O 19S 6・4Na991179乙烯砜型双偶氮染料RT B K N 2GCuPc (C 8H 9NO 8S 3・Na )a (S O 3Na )b —乙烯砜型酞菁染料纤维的比表面积.11213 模拟染料废水的吸附动力学实验称取012g 活性炭纤维,分别加入到50m L 不同初始浓度(25mg ・L -1、50mg ・L -1、75mg ・L -1)的模拟染料废水中,振荡一定时间后取样,振荡频率为150r ・min -1.取样后,溶液先用定性滤纸过滤,再用0145μm 滤膜过滤,取澄清液测定吸光度.用UV 2754分光光度计在各染料的最大吸收波长下测定吸光度,通过标准曲线计算染料溶液的剩余浓度,再用式(1)计算出不同时刻的染料吸附量:q t =(c 0-c t )Vm(1)式中,q t 为t 时刻活性炭纤维对染料的吸附量,mg ・g-1;c 0为模拟染料废水的初始浓度,mg ・L-1;c t为t 时刻的剩余浓度,mg ・L-1;V 为溶液体积,L ;m为吸附剂的质量,g.2 结果与分析211 活性炭纤维的性质经测定,活性炭纤维的比表面积为1743m 2・g -1,碘吸附值为1146mg ・g -1.图1为放大3000倍和6000倍的扫描电镜(SE M )照片.图1 活性炭纤维的SEM 照片Fig.1 SE M photograph of ACF 按照I UPAC 的分类标准,吸附剂的孔可分为3类:孔径大于50nm 的孔为大孔;2～50nm 的孔为中孔,也称介孔;2nm 以下的孔统称为微孔.表1的数据显示,活性炭纤维的孔主要是乱层结构炭和石墨微晶形成的微孔,约占总孔的84%.由图1可以看出,活性炭纤维表面呈凹槽状,孔隙直接开口于表面,与普通活性炭有着本质的区别,这就使活性炭纤维对小分子物质吸附容量大、吸附速率快的优点成为可能.212 初始浓度对吸附量的影响图2表示298K 、pH =7时,4种染料分别在活性炭纤维上的吸附量随时间变化曲线.由图2可知,不同初始浓度(c 0分别为25mg ・L -1、50mg ・L -1、75mg ・L-1)下,活性炭纤维对每种染料的吸附动力学曲线各有相同的趋势,吸附量均随着初始浓度的增大而增大,并且在120min 左右均可达到吸附平衡.在图2中,(a )、(c )、(d )的曲线形状相似,吸附量随时间延长而增长的幅度很大,在90min 之后才逐渐达到吸附平衡;而图2(b )中曲线表明,活性炭纤维对活性翠蓝的吸附量只在10～60min 内有相对明显的升高,且升高幅度不大,60min 即可平衡.这是因为在这4种活性染料中,除活性翠蓝属于酞菁染料外,其它3种都属于偶氮染料,并且活性黑为双偶氮染料.与偶氮染料相比,酞菁染料具有分子大、稳定性好、在水中难扩散、不易脱色等特点[2],对于微孔极其发达的活性炭纤维来说,分子较大不利于吸附质向吸附剂内扩散,直接导致了吸附剂对活性翠蓝的吸附量偏低.相反,活性黑为双偶氮染料,分子中含有双共轭体系,比单偶氮染料反应性强、扩散性好[2],这都有利于染料分子均匀地到达吸附位,因而,吸附平衡前曲线各点的斜率相差不大.但是,由于活性黑分子中多了1个偶氮基,分子体积较大,阻碍了其进入微孔的几率,所以平衡吸附量不及另外8362环 境 科 学28卷图2 活性炭纤维吸附4种染料的q t2t曲线Fig.2 Plots of q t2t for the ads orptions of four dyes on ACF with different initial concentrations2种单偶氮染料.213 吸附动力学吸附过程的动力学研究主要是用来描述吸附剂吸附溶质的速率快慢,通过动力学模型对数据进行拟合,从而探讨其吸附机理.本试验选择在150r・min-1的振速下,温度分别为288K、298K和308K,溶液pH=7时,对不同初始浓度的模拟染料废水进行吸附的研究,并用3种动力学模型对数据进行拟合,以期得到最适合的描述.(1)伪一级吸附模型 采用Lagergren方程[3]计算吸附速率:dq tdt=k1(q e-q t)(2)式中,qt 和qe分别为t时刻和平衡态时的吸附量,mg・g-1;k1为伪一级吸附速率常数,min-1.对式(2)从t=0到t>0(q=0到q>0)进行积分,可以得到:ln(q e-q t)=ln q e-k1t(3) (2)伪二级吸附模型 建立在速率控制步骤是化学反应或通过电子共享或电子得失的化学吸附基础上的伪二级动力学方程表达式[4]为:dq t dt =k2(q e-q t)2(4)对式(4)从t=0到t>0(q=0到q>0)进行积分,写成直线形式为:tq t=1k2q2e+tq e(5)令:h=k2q2e(6)式中,h为初始吸附速率常数,mg・(g・min)-1.(3)颗粒内扩散模型 最早由Weber等[5]提出,其表达式为:q t=k p t1Π2(7)式中,kp为颗粒内扩散速率常数,mg・(g・min1Π2)-1,由qt2t1Π2的线形图的斜率即可得到kp.按照上述3种动力学模型,利用最小二乘法对实验数据进行线性拟合,通过直线的斜率和截距计算得到的动力学参数见表3.比较表3中各个方程拟合的线性相关系数R可知,伪二级方程对活性翠蓝、活性金黄和活性黑的吸附行为都有很好地描述(R>0199),伪一级方程的拟合程度最差.这是因为,尽管一级动力学模型已经广泛地应用于各种吸附过程,但它却有局限性[6].一级模型作图前需要知道qe值,但在实际吸附过程中,真正达到平衡需要很长时间,因此不可能准确测得其平衡吸附量,所以,一级模型常常只适合吸附初始阶段的动力学描936211期李颖等:活性炭纤维对活性染料的吸附动力学研究述,而不能准确地描述吸附的全过程.相比之下,伪二级模型包含了吸附的所有过程,如外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散等[7],更真实全面地反映了染料在活性炭纤维上的吸附机理.以活性艳红为例,298K时3种初始浓度下用伪二级模型计算出的qe值分别为21654、21790和21863 mg・g-1,与实际测量值(分别为21630、21761和21848mg・g-1)非常接近,相对误差不超过1%;初始吸附速率常数h的大小关系(h25mgΠL<h50mgΠL< h75mgΠL)也最符合实际情况.比较3种偶氮染料,在相同初始浓度下,初始吸附速率常数h的大小为:活性金黄>活性艳红>活性黑,这与3种染料分子的空间体积大小有关.如表2所示,活性金黄的分子量明显小于其它2种偶氮染料,所以它的分子空间体积最小,最有利于被活性炭纤维的微孔所吸附.因而在吸附的初始阶段,吸附速率很大,与图2中的曲线走势非常吻合.而对于活性翠蓝,在初始浓度较低时,其h值是最低的,这是因为浓度低,溶质分子数目就少,从而限制了大体积、难扩散的活性翠蓝分子向吸附剂内部扩散的几率.随着浓度的增加,溶质分子的极性大小开始对吸附产生影响.活性艳红分子上有较多的芳香环(苯环、萘环、杂环等),活性黑分子呈双共轭体系,这都大大降低了分子极性,减弱了其与吸附剂的作用力,所以导致活性翠蓝在较高浓度下的h值大于相同浓度的活性艳红和活性黑的h值.表3 活性炭纤维吸附4种染料的动力学参数T able3 K inetic parameters for four dyes with different initial concentrations染料名称TΠKc0Πmg・L-1伪一级吸附速率方程伪二级吸附速率方程颗粒内扩散速率方程q eΠmg・g-1k1Πm in-1Rq eΠmg・g-1HΠmg・(g・m in)-1Rk pΠmg・(g・m in1Π2)-1RRBR K22BPRT B K N2GRGY K23RPRB K N2B 288501156201023018887213120124201981101127019914 251167801022019282216540132201986701144019944 298501173601024019057217900136601988401145019942 751134601023019703218630158301995101120019864 308501144001028018925218870159201995001115019932 288500156401033019942113340142201997801058019722 250160001034019837019940115301991001058019639 298500159301034019846115980155001997701058019702 750161001036019835118750184601998901063019672 308500156201031019702116800163901997701054019850 288500170001020019916117470142201996301064019931 250184901029019492210160156701997701073019734 298501101301028019885216110181801998601094019658 750194101029019256218811110101998501079019787 308500190101022019953217740195101998401084019824 288501143901034019183116540116301986301099019874 251140901028019949212540131001994701127019722 298501152801026019800214790132601992301132019830 751150401028019791215540138601993701130019854 308501140201023019892217320181601997901085019871 从表3还可以看出,在浓度和温度较低时,颗粒内扩散模型对活性艳红吸附行为的描述优于伪二级模型,说明了活性艳红分子在活性炭纤维内部的扩散过程对整个吸附速率有很大影响,是控制吸附速率的一个重要因素.这主要是因为活性艳红分子较大,不利于其在吸附剂内的扩散,所以粒子内扩散速度就成为影响整个吸附速率的重要因素.随着吸附的进行和初始浓度的增加,吸附剂内部的吸附位逐渐被占满,所以,颗粒内扩散过程不再占主导优势. 214 吸附活化状态函数假设吸附过程中活化熵变ΔS°和活化焓变ΔH°受温度影响较小,可以忽略不计[8],则根据Arrhenius 公式得到:ln k=-E arT+c分别作出各染料的-ln k～T-1图(图3),式中k为反应速率常数(取伪二级吸附速率常数k2);Ea为活化能,k J・m ol-1;r为理想气体常数.由线性拟合的斜率可以求得吸附过程的活化能Ea.计算得到的活性艳红、活性翠蓝、活性金黄和活性黑的Ea分别为16142、3156、5121和26138k J・m ol-1.一般来说,物理吸附速度较快,需要的活化能很小,大约为8137～0462环 境 科 学28卷25110k J ・m ol -1;而化学吸附所需要的活化能通常大于83172k J ・m ol -1[9].因此,4种染料在活性炭纤维上的吸附均以物理吸附为主,吸附速率较快,且受温度的影响比较小.图3 活性炭纤维吸附4种染料的-ln k 2T -1曲线Fig.3 Plots of -ln k 2T -1for the ads orptions of four dyes on ACF3 结论(1)活性炭纤维对4种活性染料的平衡吸附量随初始浓度和温度的增加而升高,相同条件下的大小顺序为:活性艳红>活性金黄>活性黑>活性翠蓝.(2)吸附过程符合伪二级吸附速率方程,染料分子的空间结构、大小和极性是影响初始吸附速率的主要因素,4种染料的初始吸附速率常数h 均随着 初始浓度和温度的升高而增加.(3)颗粒内扩散过程在低浓度和低温度时仅对活性艳红的吸附速率有较大影响,是控制吸附速率的重要因素之一,这与染料本身的结构性质有关.(4)活性炭纤维对4种染料的吸附活化能都比较低,说明吸附过程以物理吸附为主,无化学键等强作用力存在.参考文献:[1]王建英,胡永琪,赵瑞红,等.活性炭纤维的制备及其在环保领域的研究应用[J ].河北工业科技,2004,21(4):46～49.[2]陈荣坼.染料化学[M].北京:纺织工业出版社,1989.[3]Aksu Z.Bios orption of reactive dyes by dried activated sludge :equilibrium and kinetic m odeling [J ].Biochem ical Engineering Journal ,2001,7(1):79～84.[4]H o Y S ,M cK ay G.Pseudo 2second order m odel for s orption processes[J ].Process Biochem istry ,1999,34:451～465.[5]W eber W J ,M 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