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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

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活性炭對(duì)水溶液中龍膽紫的去除
文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時(shí)間:2019-8-13 16:24:28

  水是自然循環(huán)中重要的組成部分也是接收工業(yè)廢物的有利場(chǎng)所。水的雜質(zhì)來(lái)源不同,可分為不同的類別,包括懸浮元素,礦物質(zhì)溶質(zhì),有機(jī)溶質(zhì),溶解氣體和微生物。用于染色織物的合成染料的制造和使用已成為一種工業(yè)污染源,全世界每年生產(chǎn)約70萬(wàn)噸染料。該數(shù)量的約20%是未經(jīng)事先處理的工業(yè)廢物。合成染料具有高毒性,因?yàn)樗鼈兒辛,染料,硝酸鹽,醋酸,表面活性劑,酶,鉻化合物和重金屬,如銅,砷,鉛,鎘,汞,鎳,鈷和某些輔助化學(xué)品。氯化去甲基苯胺是合成的陽(yáng)離子染料,也稱為堿性紫,龍膽紫,甲基紫屬于三芳基甲烷。這種染料廣泛用于紡織工業(yè),用于染色棉,羊毛,絲綢,尼龍,用于制造印刷油墨以及生物染色劑。因?yàn)槲廴締?wèn)題從廢水中去除龍膽紫非常重要。我們通過(guò)紫外可見光譜研究了活性炭去除龍膽紫的定量動(dòng)力學(xué)和平衡吸附參數(shù)來(lái)評(píng)估活性炭對(duì)染料吸附的性能。

  獲取污染溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)

  本次研究使用的龍膽紫是直接購(gòu)買的成品并且無(wú)需任何進(jìn)一步純化即可使用。這種染料廣泛用于革蘭氏染色的微生物學(xué),分析反應(yīng)中的顏色指示和指紋揭示。通過(guò)將精確重量的龍膽紫溶解在蒸餾水中至濃度為1g/L來(lái)制備原料龍膽紫溶液。通過(guò)連續(xù)稀釋獲得所需濃度的實(shí)驗(yàn)溶液。龍膽紫的染料的濃度使用紫外可見分光光度計(jì)來(lái)測(cè)定。染料也可以通過(guò)甲醛和二甲基苯胺的縮合制備,得到無(wú)色染料,然后,這種無(wú)色化合物被氧化成有色陽(yáng)離子形式。處理方法是由具有非常高的比表面積的顆粒狀活性炭來(lái)進(jìn)行吸附。

  批量模式吸附研究

  在特定的濃度,溶液pH值,活性炭用量和攪拌速度與溫度的條件下對(duì)染料進(jìn)行批量吸附,從0到90分鐘的可變特定時(shí)段。通過(guò)將準(zhǔn)確量的龍膽紫(99%)溶解在蒸餾水中,用作儲(chǔ)備溶液并稀釋至所需濃度來(lái)制備龍膽紫溶液,用化學(xué)劑調(diào)節(jié)pH。對(duì)于動(dòng)力學(xué)研究,將所需量的活性炭與燒瓶中的10ml龍膽紫溶液接觸,并置于旋轉(zhuǎn)振蕩器上,定時(shí)取出等分試樣并以3000轉(zhuǎn)/分鐘(10分鐘)離心。在紫外可見分光光度計(jì)上滴定剩余的染料濃度。由該關(guān)系計(jì)算活性炭吸附的龍膽紫的量。

  操作條件的優(yōu)化研究

  溶液的pH在吸附過(guò)程中起重要作用,特別是在吸收能力方面。據(jù)觀察,隨著pH值的增加,龍膽紫去除率一直在增加(圖4)。pH值對(duì)活性炭吸附龍膽紫的影響可以在pH pzc=5.23的基礎(chǔ)上解釋;钚蕴勘砻骐姾稍趐H pzc以上為負(fù)。因此,隨著溶液的pH增加,帶正電荷的位點(diǎn)的數(shù)量減少并且有利于通過(guò)靜電吸引的龍膽紫吸附。龍膽紫的吸附容量隨時(shí)間增加,在30分鐘后達(dá)到最大值,然后傾向于恒定值,表明活性炭不再?gòu)娜芤褐谐埬懽想x子。

  圖1:作為pH的函數(shù)的龍膽紫染料在活性炭上的吸附演變。

  從這些結(jié)果中,我們可以推斷出龍膽紫在活性炭上的吸附分三個(gè)階段進(jìn)行:

  1、由于活性炭表面上存在游離位點(diǎn)而快速吸附龍膽紫,這轉(zhuǎn)化了吸附容量隨時(shí)間的線性增加。該步驟在所進(jìn)行的操作條件下持續(xù)10分鐘。

  2、吸附速率的降低反映在吸附容量的小幅增加上,這歸因于溶液中龍膽紫數(shù)量的減少和可用的未占用位點(diǎn)的數(shù)量。這個(gè)階段持續(xù)10-20分鐘。

  3、觀察到吸附能力的穩(wěn)定性,可能是由于吸附位點(diǎn)的總占有率:因此建立水平反映了這一階段。

  龍膽紫在活性炭上的吸附

  吸附機(jī)理:吸附動(dòng)力學(xué)通常由不同的機(jī)制控制。顆粒內(nèi)擴(kuò)散源于菲克定律,并假設(shè)活性炭周圍的液膜擴(kuò)散可忽略不計(jì),顆粒內(nèi)擴(kuò)散是吸附過(guò)程中唯一的速率控制步驟。我們進(jìn)行的批量實(shí)驗(yàn)提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估擴(kuò)散系數(shù)。在實(shí)際條件下,固體中的傳質(zhì)阻力大于固體顆粒上的外部流體膜。第一階段是由于染料和活性炭外表面之間的強(qiáng)靜電吸引而產(chǎn)生的瞬時(shí)吸附。第二階段是逐漸吸附階段,歸因于染料分子通過(guò)活性炭孔隙的顆粒內(nèi)擴(kuò)散。

  圖2:龍膽紫染料吸附到活性炭上的顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型。

  吸附機(jī)理可歸納為以下四個(gè)步驟:

  一、污染物從外層轉(zhuǎn)移到內(nèi)層(非?斓牟襟E)。

  二、污染物的置換直至與活性炭接觸(快速步驟)。

  三、在濃度梯度(慢速步驟)下將污染物擴(kuò)散到活性炭中。

  四、微孔中污染物的吸附(非常快的步驟)。

  經(jīng)過(guò)使用活性炭從水溶液中去除龍膽紫的實(shí)驗(yàn)研究。研究了活性炭對(duì)龍膽紫去除的潛力。隨著初始染料濃度,時(shí)間和pH的升高,活性炭對(duì)龍膽紫的吸附容量增加。在化學(xué)吸附中,龍膽紫分子通過(guò)化學(xué)鍵連接到活性炭表面,并且傾向于找到使其與表面的配位數(shù)最大化的位點(diǎn)。為了了解吸附機(jī)理,我們應(yīng)用了擴(kuò)散模型。通過(guò)模型分析活性炭上的平衡龍膽紫吸附,并且發(fā)現(xiàn)龍膽紫在活性炭的活性位點(diǎn)和離子之間可能發(fā)生一些結(jié)構(gòu)交換。

文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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