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活性炭吸附處理3,5-二硝基水楊酸
文章作者:韩研网络部 更新时间:2021-11-18 16:11:31

  活性炭吸附處理3,5-二硝基水楊酸

  水汙染在環境保護中是一個大問題,最近發現一些硝基芳族化合物存在于工業(如葡萄酒工業)的廢水中。其中一種化合物是3,5-二硝基水楊酸(DNS),廣泛用于各種測試,也是是廢水中的一種新興汙染物。爲了更好的利用水資源實現受汙染汙水中的水的再利用,提成了一種吸附汙染物的處理方法是使用活性炭,它表現出穩定性和高吸附能力、易于處理、低能耗和通用性,並且不會形成反應副産物。活性炭廣泛用于水處理因爲它具有諸如高接觸表面、孔隙率和豐富的表面基團等特性,與粘土、沸石和石墨烯中的特性相比,這些特性更穩定。

  3,5-二硝基水楊酸吸附等溫線

  平衡吸附分析使我們能夠獲得不同等溫線模型的參數,表明在去除汙染物時進行了何種類型的過程。在圖1中,顯示了使用粉末活性炭(圖1a)和活性炭(圖1b)在不同溫度下DNS的吸附能力。還觀察到3,5-二硝基水楊酸在兩種吸附劑中的吸附都隨著溫度的升高而顯著影響,隨著溫度的升高呈現出更大的吸附。因此,在45℃時,活性炭和粉末活性炭的大吸附容量分別爲6.97和11.57mg/g。這可能是由于去除過程的環境,這會導致吸附劑表面隨著溫度的升高而增加其對3,5-二硝基水楊酸吸附的參與。使用商用活性炭的文獻中也報道了類似的行爲。在其他研究中,使用這種吸附劑還觀察到,基于苯酚、高氯酸鹽和重金屬等的不同化合物的吸附能力有所增加。

  圖1:不同溫度下DNS吸附的演變(a)活性炭和(b)粉末活性炭。

  使用經商業氧化方法在不同溫度下處理的活性炭去除磺基水楊酸和3,5-二硝基水楊酸的研究發現,最適合的模型是Langmuir的模型,表現出很大的吸附能力。在一些藥物化合物中,如雙氯芬酸、乙酰水楊酸、咖啡因等,最適合的模型是Toht,盡管在其他化合物中最佳模型是朗缪爾。此外,酚類和衍生化合物的吸附已在活性炭和其他低成本吸附劑中進行。

  活性炭和粉末活性炭中3,5-二硝基水楊酸吸附的傳質研究

  外部和粒子內傳質過程的分析可以對3,5-二硝基水楊酸的吸附産生顯著影響,在去除3,5-二硝基水楊酸時可能存在由于物質傳輸造成的限制,這有必要對這種現象進行分析。圖2a是以外擴散模型爲基礎構建的,從中可以看出,對于活性炭,在吸附過程中接觸長達6小時的實驗點處存在一條直線,這表明存在以下可能性,在任何溫度的過程中通過外部傳質控制。圖2b顯示了粉末活性炭在3,5-二硝基水楊酸吸附中獲得的實驗數據的表示,其中在與吸附劑接觸1小時時觀察到一條直線。這表明使用活性炭粒子不存在外部傳質問題,因爲3,5-二硝基水楊酸會迅速從溶液中去除,擴散到表面。此外,這表明活性炭顆粒中的吸附過程可能是由于表面存在的官能團。根據這些結果,確定是否也存在內部傳質問題很重要,從而能夠確定3,5-二硝基水楊酸刪除過程是否受到這種現象的存在的顯著影響。

  圖2:不同溫度下的外部傳質分析(a)活性炭和(b)粉末活性炭。

  粒子內傳質模型在圖3a中,只能看到兩個階段,外部擴散和平衡階段,因爲沒有清楚地觀察到粒子內擴散階段。這表明外部傳質直接參與了3,5-二硝基水楊酸的吸附,導致3,5-二硝基水楊酸分子延遲從溶液中去除並被捕獲在活性炭表面,因此需要更多的吸附能,使得吸附容量與粉狀活性炭相比較低,這與本研究中平衡吸附研究中獲得的結果一致。

  圖3:不同溫度下的外部傳質分析(a)活性炭和(b)粉末活性炭。

  對活性炭吸附中顆粒內傳質限制的分析(圖3b)表明可以觀察到兩個階段,外部擴散,這是一個短階段,因爲它只發生在過程的第一個小時,給出了動力學常數比活性炭獲得的數量級高出一個數量級。後來,平衡階段被注意到。該結果表明吸附過程沒有外部和顆粒內傳質限制,但該過程受碳顆粒表面分子的捕獲控制。這項研究表明,吸附能力和3,5-二硝基水楊酸去除百分比更大的原因之一是使用粉末狀活性炭,因爲它僅取決于表面上發現的官能團的參與;相反,對于活性炭,它不僅取決于吸附劑表面的參與,而且受外部質量傳輸影響的限制,證實與粉末活性炭相比,必須使用更多的能量從溶液中去除3,5-二硝基水楊酸。

  活性炭吸附處理3,5-二硝基水楊酸的研究中,使用颗粒和粉末形式的商用活性炭分析去除能力,并在动力学过程和平衡状态下评估去除效果。在平衡研究中,发现吸附过程是在材料表面进行的,不受吸附质和吸附剂之间只有单层相互作用的限制;这可能是由于3,5-二硝基水杨酸吸附的吸热性质导致温度升高有利于该过程。就其本身而言,动力学研究表明活性炭和粉末具有不同的去除机制,具体取决于材料的形状,特别是对于活性炭,除了存在外部传质问题外,还存在具有异质吸附能的表面。另一方面,在粉末活性炭中发现需要两个活性位点来吸附3,5-二硝基水杨酸分子,并且表明不存在对其吸附能力产生很大差异的外部传质问题。所得结果表明,与活性炭相比,粉末活性炭具有更好的3,5-二硝基水杨酸吸附能力,这可能是吸附材料形状特征差异的结果。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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