活性炭吸附處理3,5-二硝基水楊酸

　　水污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污染物。為了更好的利用水資源實現受污染污水中的水的再利用，提成了一種吸附污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，并且不會形成反應副產物。活性炭廣泛用于水處理因為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，表明在去除污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為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為。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繆爾。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產生顯著影響，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是以外擴散模型為基礎構建的，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，因為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，因為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并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，因為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。后來，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，因為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，使用顆粒和粉末形式的商用活性炭分析去除能力，并在動力學過程和平衡狀態下評估去除效果。在平衡研究中，發現吸附過程是在材料表面進行的，不受吸附質和吸附劑之間只有單層相互作用的限制;這可能是由于3,5-二硝基水楊酸吸附的吸熱性質導致溫度升高有利于該過程。就其本身而言，動力學研究表明活性炭和粉末具有不同的去除機制，具體取決于材料的形狀，特別是對于活性炭，除了存在外部傳質問題外，還存在具有異質吸附能的表面。另一方面，在粉末活性炭中發現需要兩個活性位點來吸附3,5-二硝基水楊酸分子，并且表明不存在對其吸附能力產生很大差異的外部傳質問題。所得結果表明，與活性炭相比，粉末活性炭具有更好的3,5-二硝基水楊酸吸附能力，這可能是吸附材料形狀特征差異的結果。

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