活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭對(duì)偶氮染料的吸附分析

　　偶氮染料構(gòu)成了一個(gè)主要的化學(xué)類別，占生產(chǎn)的紡織染料的60%至70%。這三種偶氮染料，即乙基橙、甲基橙和間苯胺黃，廣泛用于造紙、紡織、食品、皮革和化學(xué)品生產(chǎn)。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成來源和低降解性，偶氮染料耐熱、耐陽(yáng)光和不同的氧化劑。由于芳香胺的釋放會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。因此，對(duì)從廢水中去除染料的生產(chǎn)性和低成本技術(shù)的需求不斷增長(zhǎng)。本次在通過活性炭對(duì)偶氮染料的吸附機(jī)理，并研究其上附著的官能團(tuán)對(duì)吸附能力的影響。

　　偶氮染料的吸附研究

　　使用分批技術(shù)用于評(píng)估不同吸附劑(炭化原料、回收的產(chǎn)物和成品活性炭)對(duì)乙基橙、甲基橙和間苯胺黃染料的吸附行為。在分批程序中，將0.01g吸附劑添加到有塞玻璃管中，其中有10mL不同濃度的各種偶氮染料染料溶液。這些樣品在恒溫?fù)u動(dòng)器中在環(huán)境溫度下攪拌，直到達(dá)到平衡。偶氮染料吸附的動(dòng)力學(xué)研究也在兩種吸附物濃度中的吸附量作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行了研究，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)用于PFO、PSO和IPD模型的建模。對(duì)于等溫線研究，在三個(gè)不同溫度(25℃、35℃和45℃)下分別用0.01g吸附劑攪拌上述一系列染料濃度，并使用等溫線數(shù)據(jù)與Langmuir、Freundlich、和Temkin模型以及熱力學(xué)參數(shù)的確定。本研究中使用的所有吸附劑和常規(guī)顆粒活性炭在水中都非常穩(wěn)定。此外，與吸附劑接觸的所有測(cè)試溶液的pH值均在5-6.8范圍內(nèi)。

　　初始濃度和接觸時(shí)間的影響

　　為了研究如何達(dá)到平衡，活性炭對(duì)偶氮染料的吸附。作為接觸時(shí)間函數(shù)執(zhí)行(圖1A-C)。從圖中可以看出，在初始階段，隨著吸附物(偶氮染料)的吸收速度加快，飽和曲線急劇上升。之后，它以適中的速度進(jìn)行，最終達(dá)到平衡。通過初級(jí)階段對(duì)偶氮染料的較高吸收的原因可能是活性炭表面上大量空位(活性中心/可接近的孔/自由功能單元)的可及性。之后，由于附近占據(jù)的染料分子的排斥力，發(fā)現(xiàn)吸收減少。圖表還顯示乙基橙、甲基橙和間苯胺黃的最大量在大約60分鐘內(nèi)被去除，在180分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。因此，對(duì)于所有吸附研究，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到240分鐘。

　　圖1：接觸時(shí)間和初始濃度對(duì)25℃時(shí)乙基橙(A)、甲基橙(B)和間苯胺黃(C)在活性炭上吸附的影響。

　　值得注意的是，從圖中可以看出，活性炭對(duì)偶氮染料的吸附能力隨著初始濃度的增加而增加。由于初始濃度提供了一個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)力來克服染料在體相和固相之間的傳質(zhì)阻力，吸附能力隨著染料初始濃度的增加而增加。

　　活性炭的吸附等溫線

　　為了研究活性炭的吸附能力，平衡吸附等溫線被開發(fā)為恒定溫度下濃度的函數(shù)，圖表在25℃下如圖2A所示。幾種偶氮染料在25℃吸附等溫線分別為0.194、0.178和0.142mmol·g-1。這些結(jié)果表明偶氮染料在活性炭上的吸附順序?yàn)椋阂一��?甲基橙>間苯胺黃。圖2B、C顯示了所有三種偶氮染料在35℃和45℃下獲得的吸附等溫線。顯然，所有等溫線的形狀類似于Langmuir(L)型。表示從稀溶液中的吸附，其特征在于吸附劑表面上的單層吸附分子。為了觀察吸附容量隨溫度的變化，在活性炭上去除偶氮染料的實(shí)驗(yàn)分別在25、35和45℃下進(jìn)行，得到的結(jié)果如圖2A-C所示。

　　圖2：25℃(A)、35℃(B)和45℃(C)下偶氮染料在活性炭上的吸附等溫線。

　　對(duì)于Langmuir模型，圖3A在1/qe與1/Ce之間繪制，而在Freundlich模型的情況下，圖3B在logqe和logCe之間繪制。對(duì)于Temkin模型，圖3C中所有染料在25℃下呈現(xiàn)出qe和lnCe之間的線性圖。通常，利用從線性回歸得到的相關(guān)系數(shù)(R2)來獲得最佳等溫線來闡述吸附過程。比較R2從Langmuir、Freundlich和Temkin等溫線對(duì)陰離子染料乙基橙、甲基橙和間苯胺黃的吸附獲得的值清楚地表明，Langmuir等溫線具有比Freundlich和Temkin等溫線更高的R2值，表明Langmuir等溫線是適合的最佳等溫線模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　圖3：Langmuir(A)、Freundlich(B)和Temkin(C)在25℃下偶氮染料在活性炭上上的吸附等溫線。

　　活性炭對(duì)偶氮染料的吸附分析，與其他吸附劑相比，新研發(fā)的活性炭顯示出有效的吸附能力。偶氮染料在活性炭上的吸附已經(jīng)用不同的可變參數(shù)進(jìn)行了分析，包括初始染料濃度、接觸時(shí)間和溫度。使用不同的吸附等溫線和動(dòng)力學(xué)模型分析實(shí)驗(yàn)吸附數(shù)據(jù)�；钚蕴繉�(duì)三種偶氮染料乙基橙、甲基橙和間苯胺黃的Langmuir單分子層吸附容量分別為0.202、0.187和0.158mmol·g-1。偶氮染料吸附量的主要差異與每種染料上存在的官能團(tuán)及其幾何形狀的變化以及活性炭和染料的疏水性有關(guān)。Langmuir模型對(duì)等溫線的最佳擬合表明偶氮染料在活性炭上的單層吸附，偶氮染料的動(dòng)力學(xué)遵循PSO模型。這項(xiàng)研究的結(jié)果為將來活性炭在吸附其他有機(jī)污染物方面的可行性和性能奠定了基礎(chǔ)。

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