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简析N掺杂功能炭材料的合成、结构与性能本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！1N掺杂功能炭材料合成机理关于N掺杂功能炭材料的合成机理，目前学界普遍认为：低温条件下(<600℃)，N在炭材料表面形成含氮官能团，即化学氮，如氰基(a)、氨基(b)和硝基等;化学氮不参与C骨架的形成，以官能团的形式存在。
在NH3气氛中由粒状沥青制得的N掺杂活性炭表面基团的变化。
结果表明，炭材料的表面含氧基团，如羧基、羟基等与NH3反应生成氰基(a)、氨基(b)等含氮基团。
中温条件下(600～800℃)，N参与碳骨架中的形成，以吡咯氮(a)、吡啶氮(e)、石墨氮(h)等结构氮形式存在。
羟基吡啶(b)、吡啶盐(c)和吡啶氮氧化物(d)首先被转化成吡啶氮(e)，继而生成中间物(f)，而吡咯氮(a)可直接转化中间物(f)。
中间物发生聚合反应，生成的最终产物中N或取代碳原子形成位于石墨烯层的表面的吡啶氮(g)，或形成位于石墨烯层内部的石墨氮(h)，或形成吡啶氮的氧化物(i)。
煤热解过程中N进入C骨架。
在NH3的处理下，环氧基团也可发生取代反应，进而生成吡啶(j)或吖啶类(k)结构。
高温下的转化机理，Zhang等认为900℃时吡咯氮(a)完全转化为吡啶氮(b)和石墨氮(c)，石墨氮占含氮官能团总量57%。
继续升温至1200℃，石墨氮部分转化为吡啶氮(b)和羟基吡啶(d)，石墨层结构被破坏，此时吡啶氮(b)占主导地位，其含量为59%。
在整个转化过程中，氧化含氮官能团含量基本维持恒定。
N掺杂进入炭材料，即可形成化学氮或结构氮，且化学氮可以转化为结构氮。
Su课题组认为在较高温时，NH3和表面的羧酸反应先生成酰胺类中间体，随后酰胺类中间体生成含氮氧化物(c，e)。
温度越高，进入炭骨架的氮原子(结构氮)个数越多。
经过中温处理后，(c，e)分别发生脱羰基或脱水反应，形成更稳定化学氮不仅能转化为结构氮，而且两者可能同时存在，如同时存在于石墨烯中。
中国资源综合利用Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎVol.39 No.122021年12月试验研究活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能研究任钢锋（中机国际工程设计研究院有限责任公司，昆明 650000）摘要：亚甲基蓝作为一种高效染色剂，被广泛应用于棉、麻制品的印染工艺中，但亚甲基蓝有一定毒性且难以进行自然降解，处理困难。
为了探究自制磁性活性炭对有机染料废水中亚甲基蓝的最优吸附条件，本文研究了亚甲基蓝染料废水的pH、磁性活性炭的投加量、吸附环境温度、初始浓度对磁性活性炭吸附去除率的影响。
研究结果表明，亚甲基蓝染料废水最佳pH 为9，最佳吸附温度为40 ℃，最佳初始浓度为0.1 g/L，最佳投加量为5 g；在最佳适宜条件下，三种磁性活性炭的吸附性能排序为产品1＞产品2＞市购产品；磁性活性炭吸附类型更加符合Langmuir 模型。
关键词：磁性活性炭；亚甲基蓝染料废水；最优吸附条件；吸附等温线；吸附热力学和动力学中图分类号：TQ424.1；X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2021)12-0001-04DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2021.12.001Study on the Preparation of Activated Carbon and Its AdsorptionPerformance for Methylene BlueREN Gangfeng(China Machinery International Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Kunming 650000, China)Abstract : As an efficient dyeing agent, methylene blue is widely used in the printing and dyeing process of cotton and linen products, however, methylene blue has certain toxicity and is difficult to be degraded naturally, and it is difficult to handle. In order to explore the optimal adsorption conditions of self-made magnetic activated carbon for methylene blue in organic dye wastewater, this paper studies the effects of the pH of methylene blue dye wastewater, the dosage of magnetic activated carbon, the adsorption environment temperature, and the initial concentration on the adsorption removal rate of magnetic activated carbon. The research results show that the best pH of methylene blue dye wastewater is 9, the best adsorption temperature is 40 ℃, the best initial concentration is 0.1 g/L, and the best dosage is 5 g; under the best suitable conditions, the adsorption performance of the three magnetic activated carbons is ranked as product 1＞product 2＞commercially purchased product; the adsorption type of magnetic activated carbon is more in line with the Langmuir model.Keywords : magnetic activated carbon; methylene blue dye wastewater; optimal adsorption conditions; adsorption isotherm; adsorption thermodynamics and kinetics活性炭作为一种具有丰富孔隙结构的新型环境功能材料，在土壤改良、水污染治理和受污染环境修复方面都表现出较强的应用潜质[1-3]。
分类号: TQ424.1 密级: 硕士学位论文鞍山科技大学论文题目: 酚醛树脂基球形活性炭的制备及对苯酚吸附性能的初步研究二○○六年一月五日论文题目：酚醛树脂基球形活性炭的制备及对苯酚吸附性能的初步研究Study on the preparation of phenolic resin-based sphericalactivated carbon and adsorption of phenol研究生姓名：谢飞指导教师姓名：白金锋教授单位：鞍山科技大学化工学院论文提交日期：答辩日期：学位授予日期：授予单位：论文评阅人：单位：单位：鞍山科技大学硕士论文摘要摘要活性炭是一种优良的吸附剂，在工业、农业、医疗、卫生及军事等领域有广泛的应用。
酚醛树脂基球形活性炭具有机械强度高、炭化收率高、吸附能力强等优点，目前受到很多研究者的关注。
本文以苯酚和甲醛为原料合成酚醛树脂（PF）并以此为制备活性炭的前驱体，实验采用悬浮法制备酚醛树脂球，然后对其预氧化、炭化、活化处理，制得具有一定吸附能力的球形活性炭。
实验考察了原料配比和成球条件对酚醛树脂成球性能的影响，探讨了树脂球的预氧化、炭化、活化条件对活性炭碘值和苯值的影响规律；同时，采用比表面积测定仪和扫描电镜对所制备的酚醛树脂基球形活性炭进行了表征。
结果表明，当甲醛与苯酚的摩尔比为0.85、成球温度95℃、搅拌速度2000rpm、搅拌时间10min，以及成球液各组分的质量比为水：固化剂S：氟化钙：氯化钾：十二烷基硫酸钠：十八烷基三甲基溴化铵=92.70：3.07：1.45：2.76：9.52×10-3：1.52×10-2时，树脂加入量6wt%的条件下，可得到球形度为0.960，粒径分布450～900µm的百分含量达到95%以上且球间不发生粘连的酚醛树脂球。
在预氧化升温速率1℃.min-1、预氧化温度180℃、预氧化时间120min和炭化升温速率2℃.min-1、炭化温度800℃、炭化恒温时间80min以及活化温度800℃、活化时间1h、水蒸汽流量为0.4ml.min-1的条件下，可制得比表面积为726 m2.g-1，活性炭收率、碘值、苯值及强度分别为47.51%、907 mg.g-1、273 mg.g-1、9.85N/粒的酚醛树脂基球形活性炭。
173ECOLOGY区域治理活性炭吸附——二氧化硫解析气相色谱法测定活性炭管中的苯系物梅州市疾病预防控制中心 徐凤，罗萍摘要：目的：采用活性炭吸附——二硫化碳解吸方式，建立空气中苯系物气相色谱检测方法。
方法：本文采用含有苯系物的活性炭管，经二硫化碳解析，通过Stabilwax ®-DA（15meter，0.32mmlD，0.25umdf）色谱柱分离，火焰离子化检测器对苯系物各组分进行检测。
结果：本方法具有运行时间短，分离效果且峰型好的特点；苯系物标准曲线在5.00ug/mL—200ug/mL浓度内线性良好，相关系数为0.9992—0.9994，检出限为0.20ug/mL；回收率为98.2%—101%，相对标准偏差（RSD）为1.3%—3.8%；测定质量控制样品，结果均在数值范围内。
结论：该方法具有仪器要求较低，方便、稳定、易操作的优点，能为苯系物检测，提供快速准确的结果。
关键词：苯系物；二硫化碳解吸；气相色谱；火焰离子化检测器中图分类号：X83文献标识码：A文章编号：2096-4595（2020）44-0173-0002随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求也不断提高，但室内装潢污染问题也随之而来，苯系物成为室内装潢中的最主要污染物之一。
苯是已确定的人类致癌物,可引发癌症、血液病等,长期吸入苯还能导致再生障碍性贫血。
本文对活性炭管中的6种苯系物：苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的测定方法进行分析。
目前对苯系物测定方法有明确规定的国标有：GB/T11737-1989[1]、GB/T14677-93[2]及GB50325-2001[3]。
但GB/T14677-93采用的是热解吸法，该方法所用到的热解析仪比较昂贵，对实验室要求比较高；且这四种方法均存在有关条件不统一,有些条件尚不够明确或不太合理的缺点,方法采用大口径非极性毛细管（市场很难找到同类型的毛细管），导致苯系物各组分出峰时间迟（苯系物各组份完全出峰时间需要30min），二甲苯的3种异构体不能有效分离，直接影响到实验的检测效率、数据的准确度和重现性[4]。
中国在2 000多年前已有竹炭产品，但竹炭、竹醋产业(以下简称“竹炭产业”)则是20多年前才首先在日本兴起，并成为一个新兴的、综合型的朝阳产业。
竹炭、竹醋及其深加工产品在工业、农业、电子、国防、医疗、保健、生活起居、生态环境和建筑装修等方面有着广泛的应用;而竹子是一种生命力旺盛、成材周期短、无性繁殖能力强、经济价值高、可持续发展能力强的生物能源。
我国是世界上竹资源最丰富的国家，拥有竹类植物共22属150余种，主产秦岭、淮河流域以南，被誉为“竹子王国”。
近年来，我国在竹炭、竹醋的生产工艺和技术设备方面，已达到甚至超过了日本的水平，处于世界领先地位。
因此，我国发展竹炭产业具有得天独厚的优越条件。
1 竹炭的应用现状竹炭是将优质竹材放入密封的干馏炉或土窑中，隔绝空气加高温使竹材干馏炭化而成。
竹炭有蜂窝状的微孔结构。
微孔数量多，使竹炭具有非常大的比表面积。
据中国工程院张齐生院士介绍， 1 g竹炭的比表面积相当于一个正规足球场那么大。
这种微孔结构使竹炭具有特殊的吸附能力，有吸潮、过滤、净化、消毒、蓄热、保温的作用。
1. 1 用于环境保护中的水净化处理竹炭的组织结构中存在着大量的微细孔隙，干重“比表面积”达到800m2 /g 左右，是木炭的3倍。
因此，竹炭的吸附能力很强，能将水中的有害杂质吸附在孔隙中。
2. 4—二氯苯酚是自来水中的主要污染物，竹炭能有效吸附它。
据报导，在水中约30 min时，竹炭的吸附速率最大， 1 g竹炭可吸附1 500mg 2. 4—二氯苯酚。
农村打水井，在水井中放置一些木炭，其作用机理与此相同。
2005年吉林省松花江发生了严重的水污染事件，曾紧急调购了大量的竹炭、木炭和活性炭进行净化处理，效果良好。
1. 2 用于农业内部有着发达微孔隙结构的竹炭，是土壤微生物和土壤营养成份的优良载体;而且竹炭本身还富含植物生长所需的钙、钾、钠、镁多种矿物质，能提高土壤的保水保肥能力，有利于营养物质的持续吸收和动态平衡。
活性炭吸附法处理含酚废水吴志皓1,孙朝琴2,穆亚芳1,王彦鑫1(1.河南大学化学化工学院,河南开封475001;2.信阳市环境监测站,河南信阳464000)摘 要:研究了活性炭吸附法处理苯酚废水的反应机理和影响因素,并考察了活性炭用量、p H 值、吸附反应温度、振荡时间等因素对苯酚废水处理效果的影响。
实验结果表明:在活性炭用量0.3g 左右,p H 值2-3,吸附温度20e -25e ,振荡时间40-60m i n 的条件下,苯酚浓度去除率可达95%以上,COD 去除率可达90%以上。
关键词:活性炭吸附法;苯酚;反应机理;去除率中图分类号:O 647.31+4 文献标识码:A 文章编号:1008-4916(2007)02-0126-03The treat m ent of wasterwater containing phenol by using active carbon adsorptionWU Zh-i hao 1,SUN Chao -qin 2,MU Ya -fang 1,WANG Yan -x i n1(1.C oll ege of Che m istry and C he m ical Engi n eeri ng,H en an U nivers it y ,Kaifeng 475001,Ch i n a ;2.X i nyang En vi ronm entalM on itoring Station ,X i nyang 464000,Ch i na)A bstract :T he reacti on m echanis m and i nfl uenc i ng factors f o r t he treat m ent o f pheno l sim u lati ve wastewater by ACA are m a i n l y stud i ed .T he i nfl uence of dosage of ac tivated carbon ,p H ,te m pra t ure and ti m e on deco m pos ition of pheno l w as st udied .The resu lts sho w ed t hat t he re m oval rate of pheno l i n the si m u l a ti ve w aste w ate r is up to m ore than 95%and t he re m ova l ra te of che m ical ox ida tion dem and (C O D)is up to m ore than 90%,the reacti on is under the cond iti on :dosage of ac ti vated carbon about 0.3g ,p H 2-3,reacti on temperature 20e -25e and reacti on ti m e 40-60m i nutes .K ey words :acti vated carbon adsorption(A CA );pheno ;l reac ti on m echan is m;re m ova l ra te1 实验部分1.1 仪器与试剂活性炭,山西大同吉利活性炭厂生产,过200目筛,使用前于103e 下烘干24h ;苯酚模拟水样(1.0m g /mL);4-氨基安替比林溶液;铁氰化钾溶液(80g /L);氨水缓冲溶液(pH =10?0.2);723分光光度计(上海第三分析仪器厂);F A 2104A 电子天平(上海精密电子仪器厂);H ZQ-F160型全温振荡培养箱(哈尔滨市东联电子科学技术有限公司)。
年第卷第5期世界竹藤通讯WORLD BAMBOO ANDRATTAN蜂窝状活性竹炭帘的研制及在水净化处理中的应用华文礼1翁益明1徐贤庚2程晓云1邱永华1(1遂昌县林业局浙江遂昌323300)(2遂昌县徐福炭业有限公司浙江遂昌)摘要:利用竹炭具有较好的吸附作用和六角形分子稳固结构的性能，将竹质活性炭、壳聚糖、纤维素及添加剂合成蜂窝状活性竹炭帘应用于水污染处理，解决了传统活性炭无法固定、机械强度不足、吸附后无法脱释的问题。
在生物法污水处理中，可为微生物成长环境提供生长膜，节约大量的絮凝剂，用于臭氧法污水处理降解COD 可起到再生脱释，达到重复利用、持续吸附的目的。
关键词:竹炭；污水处理；蜂窝状；吸附Manufactur e of Honeycomb Active Bamboo Charcoal Cur tain and ItsApplication in Water Pur i cation TreatmentHua Wenli,Weng Yiming,Xu Xiangeng,Cheng Xiaoyun,Qiu Y onghua(1Suichang Forestry Bureau,Suichang,Zhejiang 3233002Xufu Charcoal Limited Company ,Suichang,Zhejiang)Abstra ct:Bamboo charcoal has better adsorption ability and property of hexagon molecular structure which is rather stable.Honeycomb active charcoal curtain was made from bamboo active charcoal,shell polyasacharide,cellulose and addictives and used in water puri cation treatment,which solved the problems that traditional active charcoal can not be xed,mechanical strength is not enough and the charcoal can not be dehydrated after adsorbent.In the bio-sewage treatment,honeycomb active charcoal curtain can provide growth membrane when microbial growing up,and can save more occulant,and play a role for regenerative dehydration by ozone sewage treatment and reducing COD.Key Wor ds:bamboo charcoal,sewage treatment,honeycomb shape,adsorbent华文礼（6），男，浙江遂昌人，高级工程师，主要从事竹产业工作。
苯酚案例分析对新教材中含酚废⽔处理实验的改进普通⾼中课程标准实验教科书《有机化学基础》（江苏教育出版社,2004年12⽉第1版）在介绍酚的性质和应⽤这⼀节内容时，设计了探究性实验让学⽣初步认识含酚废⽔的处理。
含酚（主要是苯酚和甲酚）废⽔的处理⼀直是⼈们密切关注的⼯业污染处理问题之⼀，因为⽔体中含有少量的酚，会对⼈体、⽔⽣⽣物及附近的农作物造成⼀定的危害。
但实验区的许多教师在做该实验时，却反映教材上的实验步骤、实验现象及效果都不甚理想，尤其是不能将⼯业上处理含酚废⽔的⽅法很好地表达清楚。
教材中（P74）该实验的实验步骤如下：向4mL含苯酚的废⽔中滴加⼏滴FeCl3溶液，将得到的紫⾊溶液转移到两⽀试管中，分别加⼊约0.5mL苯或少量活性炭，振荡，观察实验现象。
按教材上的实验步骤进⾏实验后，实验现象是：加⼊活性炭后，紫⾊可褪去；加⼊苯后，振荡静置，溶液分层，上层为⽆⾊，下层为紫⾊，紫⾊并没褪去。
实验结果证明活性炭能使苯酚和FeCl3反应后⽣成的紫⾊络合物（H3[Fe(C6H5O)6]）褪⾊，但是苯却没能使紫⾊褪去。
在⼯业上，苯可以⽤作含酚废⽔的萃取剂，故教材上的该实验的反常现象使不少教师颇感困惑，究其原因：⼀是没注意到苯酚和紫⾊络合物在苯中的溶解性有很⼤差异；⼆是该实验的操作顺序设置不妥。
笔者多次试做了教材上的实验，并对该实验作了改进。
实验过程简述如下：1 实验⽤品含苯酚废⽔（8000mg/L），1%FeCl3溶液，苯，活性炭。
2 实验步骤及现象（1）向4mL含苯酚废⽔加⼊约10滴左右FeCl3，溶液显紫⾊，加⼊活性炭后，振荡，紫⾊褪去。
（2）向4mL含苯酚废⽔加⼊约10滴左右FeCl3，溶液显紫⾊，加⼊约2mL苯，振荡后静置，溶液分层，上层为⽆⾊苯层，下层为紫⾊⽔层。
结论I：活性碳的吸附能⼒较强，能够吸附该紫⾊物质。
苯不易从⽔中萃取该紫⾊络合物H3[Fe（C6H5O）6]，既该紫⾊络合物在⽔中的溶解度远⼤于在苯中的溶解度。
3收稿日期:2007201215作者简介:俞蓉,硕士研究生,从事有机物吸附和生物降解研究;温东辉(通讯作者),副教授,从事水污染控制理论与技术研究。
基金项目:北京市自然科学基金项目(8073028)文章编号:100926094(2007)0520008204苯酚和吡啶在竹质活性炭上的吸附研究3俞 蓉1,刘江江2,陈吕军2,温东辉1,何玉山1(1北京大学环境科学与工程学院,北京100871;2清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘 要:以焦化废水中的代表性污染物苯酚和吡啶为吸附质,以颗粒竹质活性炭为吸附剂,考察了苯酚和吡啶在竹质活性炭上的吸附性能以及两种化合物之间的竞争吸附关系。
结果发现:竹质活性炭对苯酚的吸附较符合Langmuir 等温式,对吡啶的吸附较符合Freundlich 等温式,苯酚和吡啶的最大吸附量分别为12210mg/g 和34418mg/g 。
该竹质活性炭对苯酚和吡啶的吸附符合拟二级动力学方程,吸附均在410h 时达到平衡,当两种化合物共存于溶液中时,其吸附动力学过程和吸附平衡时间未受影响,但竞争吸附导致苯酚和吡啶的平衡吸附量分别下降了1014%和2018%。
关键词:环境科学;竹质活性炭;竞争吸附;苯酚;吡啶中图分类号:X 70311 文献标识码:A0 引 言吸附是一项适用性强、快捷方便、可同时去除多种污染物的水处理技术。
活性炭是最常用的吸附剂,通常由煤炭或木材加工而成。
由速生竹子加工制备的竹炭和竹质活性炭是近年来新兴的吸附材料,受竹子生长地域的限制,目前亚洲国家对竹炭和竹质活性炭在水处理中的应用研究较为关注,已经应用于去除废水中的染料[1]、苯酚[123]、2,42二氯苯酚[4]、硝酸[5,6]及汞[7]、锌[8]、铅[9]等污染物,结果表明竹质活性炭具有良好的吸附效果。
在上述关于竹质活性炭吸附性能的研究中,材料的吸附模型和吸附动力学过程是众多研究的重点,方法和理论已经较为成熟,但利用竹质活性炭对多组分有机物进行吸附的研究尚不多见。
苯酚是最基本的酚类化合物,在很低的浓度下即对人体和动植物产生毒害作用[10];吡啶是最基本的含氮杂环芳烃化合物,生物毒性大,环境危害大,属于典型的“三致”物质[11];两种化合物出现在一起时,如焦化废水,由于它们均难以生物降解,且具有很高的水溶性和挥发性,因而容易通过地表水体向大气、土壤、地下水等环境体系迁移,使污染扩散[10,11]。
采用吸附技术可以有效地控制该污染。
本研究采用浙江产新型竹质活性炭为吸附剂,考察其对苯酚和吡啶的吸附性能,同时考察苯酚和吡啶同时存在时的吸附动力学过程以及竞争作用。
1 材料与方法111 竹质活性炭实验所用竹质活性炭源自浙江毛竹,由浙江遂昌希顺炭业有限公司加工制成,型号为78522。
竹质活性炭的扫描电镜照片如图1所示,性质见表1。
该竹质活性炭材料经筛分后,用去离子水洗净,烘干后备用。
图1 竹质活性炭的微观形态Fig.1 Microstructure of the activated b amboo ch arcoal表1 竹质活性炭的性质T able 1 Property of the activated b amboo ch arcoal容积密度/(g ・cm -3)表观密度/(g ・cm -3)孔隙率/%平均孔径/nm BET 比表面积/(m 2・g -1)粒径/mm 0138660172164614211905632174～6112 吸附等温线的实验实验分为苯酚和吡啶两个系列。
在250m L 的三角瓶中分别加入苯酚初始质量浓度范围为60～900mg/L 、吡啶初始质量浓度范围为110～1600mg/L 的溶液各40m L ;每瓶内投加0115g 的竹质活性炭;将全部三角瓶置于摇床,于温度35℃、转速170r/min 的条件下震荡7h ,使竹质活性炭吸附达到平衡;取适量上清液测定有机物质量浓度。
所用的竹质活性炭主要用作生物降解有机物的载体,因而仅考察该竹质活性炭在多数微生物的最适温度35℃条件下的吸附特性。
113 吸附动力学实验根据吸附等温线实验确定适宜范围内的吸附质初始浓度,即苯酚初始质量浓度C 0为26412mg/L 、吡啶初始质量浓度C 0为43317mg/L 。
在3个1L 的三角瓶中分别加入该初始质量浓度的苯酚溶液200m L ,吡啶溶液200m L ,以及相同苯酚和吡啶初始质量浓度的混合溶液400m L ;向2个单一组分溶质的溶液中均投加017501g 竹质活性炭颗粒,向1个双组分溶质的混合溶液中投加114995g 竹质活性炭颗粒;将3个三角瓶置于摇床,于温度35℃、转速170r/min 的条件下震荡。
摇床震荡持续518h ,期间每隔一定时间,对单一苯酚溶液提取015m L 溶液,测定苯酚质量浓度;对单一吡啶溶液提取015m L 溶液,经0145μm 滤膜过滤后测定吡啶质量浓度;对双组分混合溶液提取110m L 溶液,其中015m L 用于测定苯酚质量浓度,另外015m L 经0145μm 滤膜过滤后测定吡啶质量浓度;最终获得3组溶液中苯酚和吡啶质量浓度随时间变化的数据。
114 分析方法苯酚质量浓度测定方法为42氨基安替比林直接光度法(G B/T 7490—1987)[12],使用日本岛津公司UV -2401型紫外-可见分光光度计测定。
吡啶质量浓度测定方法为高效液相色谱法,使用日本岛津公司LC -10AD 型高效液相色谱仪,色谱柱为迪克马(DIK 2第7卷第5期2007年10月 安全与环境学报Journal of Safety and Environment V ol.7 N o.5 Oct ,2007M A )公司的Diam osil (T M )钻石C18、5μm 反相柱,规格250mm ×416mm ,流动相为甲醇∶水=4∶1(体积比),流速为110m L/min ,测定波长为254nm ,吡啶保留时间为314min 。
2 结果与讨论211 吸附等温线将两组溶液中吡啶或苯酚的平衡质量浓度对计算所得的竹质活性炭吸附量作图,竹质活性炭对吡啶和苯酚的吸附等温线结果如图2和3所示。
水处理中常用的吸附等温式有Langmuir 公式和Fre 2undlich 公式,通过对比分析来确定本研究中的竹质活性炭对有机物的最适吸附方式。
其中Langmuir 公式假定吸附剂表面均一,吸附质之间无相互作用,吸附限于单层吸附,因而可以计算出吸附剂的最大吸附量,其表达式为xm =b (x/m )0ρe 1+b ρe (1)式中 x 为吸附剂所吸附的溶质质量,mg ;m 为吸附剂质量,g ;ρe 为吸附平衡时的溶液质量浓度,mg/L ;(x/m )0表示竹质活性炭的最大吸附量,mg/g ;b 为实验条件下的常数,L/mg 。
但是,在实际情况中,吸附剂表面一般很不均匀,吸附大多为多层吸附,Freundlich 公式提供了一种单组分吸附平衡的经验性描述,其表达式为x m=K f ρ1/ne (2)式中 K f 、n 均为实验条件下的经验常数。
用式(1)和(2)对图2和3的数据进行拟合,得到表2的计算结果。
由表2中两种公式拟合的决定系数可知,对于苯酚在竹质活性炭上的吸附,Langmuir 公式的拟合情况(决定系数R 2为019969)略优于Freundlich 公式的拟合(决定系数R 2为019763),因此可认为以Langmuir 公式描述35℃下竹质活性炭对苯酚的吸附较好。
相应的数学表达式如式(3)所示,其中最大吸附量为12210mg/g 。
x m =7.83ρe 1+01064ρe(3)对于吡啶在竹质活性炭上的吸附,若按Langmuir 公式计算,最大吸附量为34418mg/g ;但是Freundlich 公式的拟合情况(决定系数R 2为019676)明显优于Langmuir 公式的拟合(决定系数R 2为018766),说明以Freundlich 形式描述35℃下竹质活性炭对吡啶的吸附更符合实际。
相应的数学表达式如式(4)所示。
xm=2.633ρ016801e (4)表2数据显示Freundlich 公式对苯酚和吡啶在竹质活性炭上的吸附平衡状态均能做出较好的数学描述,说明该经验公式对不同吸附质、不同浓度范围适用性更广;而Langmuir 公式仅对苯酚的吸附更优,其适用性受到该公式假定的理想条件所限。
另一方面,苯酚和吡啶的结构式不同,可能造成它们与活性炭结合的位点不同,因而吸附模式产生差异。
212 吸附动力学过程将不同时间点采样测得的苯酚或吡啶在竹质活性炭上的图2 35℃下竹质活性炭对吡啶的吸附等温线Fig.2 Adsorption isotherm of pyridine onto theactivated b amboo ch arcoal at 35℃图3 35℃下竹质活性炭对苯酚的吸附等温线Fig.3 Adsorption isotherm of phenol onto theactivated b amboo ch arcoal at 35℃表2 Langmuir 公式和Freundlich 公式拟合得到的吸附参数T able 2 Adsorption p arameters calculated from fitting of theLangmuir and Freundlich equ ations吸附质LangmuirFreundlich决定系数R2(x/m )0/(mg ・g -1)b /(L ・mg -1)决定系数R 2K f 1/n 苯酚0199691221001064001976317158013466吡啶0187663441801002201967621633016801吸附量(q ,mg/g )对采样时间(t )作图,得到单一组分溶质和双组分溶质条件下的吸附动力学曲线,如图4所示。
从图4的单一组分的吸附动力学曲线可以看出,苯酚或吡啶的吸附达到平衡所需时间基本相同,溶液质量浓度均在240min 后趋于稳定,因此可以认为:无论何种吸附质种类及其浓度,吸附平衡时间只与实验条件和吸附剂材料性能相关,这与王秀芳等[2]所作的苯酚在竹炭上的吸附平衡的动力学研究结论一致。
一般地,吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段构成的双速率过程。
从图4可以看到吸附主要在第1h 内完成,苯酚和吡啶的单一吸附量可分别达到最终吸附量的7014%和7217%。
这是由于实验所用的竹质活性炭含有大量的纳米级微孔,与吸附质接触后,吸附质分子将迅速进入竹炭内部的微孔中,使得溶液浓度迅速降低;之后随着时间的延长,竹炭有效吸附位点逐渐被吸附质占据,溶液相与吸附剂固相之间的2007年10月 俞蓉,等:苯酚和吡啶在竹质活性炭上的吸附研究 Oct ,2007图4 35℃下苯酚和吡啶在竹质活性炭上的吸附动力学过程Fig.4 K inetics of phenol and pyridine adsorbed onto theactivated b amboo ch arcoal at 35℃物质转移也逐渐达到平衡。
