活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　搅拌技术对活性炭吸附的影响，通过活性炭吸附过程是用于从水中除去有机污染物的最有效的方法之一。吸附是相对灵活和简单的设计，低成本，易于操作和再生，以及没有或低代有毒物质的吸引力。由于活性炭具有较高的表面积，孔体积和孔径分布，因此它是目前吸附效率最高的有机污染物吸附剂。有机化合物在活性炭上吸附的有效性取决于它们的孔隙结构和表面化学性质，被吸附物的物理化学性质(分子量，溶解度，极性，官能团类型)，溶液化学性质(离子强度，pH值)和温度。大多数这些因素对不同有机污染物的动力学和吸附平衡的影响都是不一样的。

　　吸附实验通常在含有固定体积的吸附物溶液(具有不同初始浓度)和已知质量的吸附剂的锥形瓶中进行。然后摇动如此制备的样品直到达到平衡。然而，作者很少提供样品混合的条件。搅拌对吸附的影响通常被忽略。只有几个研究了在吸附搅拌速度的影响。然而，据我们所知，不同的混合技术对吸附的影响还没有被研究过。

　　本内容的目的是比较不同的搅拌技术及其对活性炭上有机污染物吸附动力学和吸附能力的影响。使用实验室摇动器，机械(桨式)搅拌器以及磁力搅拌器，通过气泡将样品混合。还检查了搅拌速度的影响。我们选择4-氯酚(4-CP)作为目标污染物，因为它对水生生物，植物和人类有毒性，而且在饮用水中常见。此外，在活性炭上的4-氯苯酚的吸附被很好的描述出来。介绍了4-氯酚吸附在各种改性和未改性的活性炭上，还描述了影响活性炭上4-CP吸附的其他因素的影响，包括离子强度和pH 。

　　需要使用的实验材料和仪器

　　4-氯酚，活性炭，盐酸，氢氟酸和HPLC级乙腈。作为吸附剂的颗粒活性炭，在使用之前，活性炭通过使用HCl和HF浓酸除灰进行预处理，并用去离子水冲洗数次。然后将吸附剂在130℃的烘箱中干燥至恒重并保持在干燥器中进一步研究。活性炭的表面积(S BET)是根据氮低温吸附-解吸等温线来确定的。在吸附研究中，将活性炭样品通过空气和氮气以及实验室摇床，机械搅拌器和磁力搅拌器来进行分别测试。

　　吸附实验

　　吸附实验在含有0.05μL4-CP溶液和0.025g活性炭的锥形瓶(或圆底烧瓶)中进行。动力学研究是在25℃下进行初始4-CP浓度为1.0mmol L -1。以不同的时间间隔取水样，色谱测量4-CP的浓度。

　　分析方法

　　4-CP的浓度通过使用UV检测的高效液相色谱进行测量。色谱分析使用2.0×150mm，3μm柱进行。色谱条件如下：流动相 - 乙腈/水用乙酸(50/50，v / v)调节至pH 3.0; 流速0.25mL min -1 ; 和分析波长281nm。所有实验在相同的条件下一式三份进行，并将平均值用于进一步的计算。报道三次重复的平均值和标准偏差，并使用t检验和/或ANOVA和Tukey检验分析获得的数据。任何一对治疗方法之间的差异使用最低显着性差异检验进行检验，显着性水平为0.05。

　　混合技术的影响

　　为了研究混合技术对4-CP吸附的影响，使用实验室摇动器，机械搅拌器和磁力搅拌器以200rpm搅拌含有吸附剂和吸附溶液的锥形瓶。结果如图1所示 。实验室摇床，机械搅拌器和磁力搅拌器的伪二级速率常数分别为0.597±0.013,0.701±0.005和0.691±0.015 g mmol -1 h -1。机械搅拌器和磁力搅拌器之间吸附速度的差异在统计学上并不显着(p = 0.34)。在这两种情况下，吸附发生比使用实验室摇床更快。实验室摇床和机械搅拌器之间以及实验室摇床和磁力搅拌器之间的差异具有统计学显着性在吸附能力(q e)中观察到相同的相关性，其如下：1.359(实验室摇床)，1.442(机械搅拌器)和1.430(磁力搅拌器)mmol·g -1。所有这些结果表明，混合技术在动力学和吸附平衡中都起着重要的作用。使用机械搅拌器和磁力搅拌器比实验室振荡器观察到更好的结果。在磁力搅拌器和机械搅拌器的情况下吸附速率和吸附容量的增加是搅拌棒或搅拌桨与活性炭之间物理接触的结果。结果，吸附材料的尺寸减小，并且吸附位点更容易接近被吸附分子吸附动力学和吸附能力的增加以及活性炭粒径的减小。

　　搅拌速度的影响

　　研究了搅拌速度对水溶液对4-氯酚吸附的影响。吸附剂剂量，初始4-CP浓度和温度保持恒定。使用机械搅拌器和磁力搅拌器以100rpm至500rpm的速度进行研究。搅拌速率对4-CP吸附的影响见图2和表1。

　　可以看出，吸附速率受搅拌速度的影响很大 - 吸附速率随搅拌速度显着增加。随着搅拌速率从100rpm增加到500rpm，k 2值分别从0.577增加到1.264g mmol -1 h -1(机械搅拌器)和0.560-1.231g mmol -1 h -1(磁力搅拌器)。在相同的搅拌速度下，机械搅拌器和磁力搅拌器之间的差异没有统计学意义(p > 0.05)。随着搅拌速度的提高，4-CP分子从大块液体向活性炭颗粒周围的液体边界层扩散的速率变得更高，这是因为紊流的增强和液体厚度的减小边界层。随着搅拌速度的增加，吸附剂颗粒破碎的程度增加，这种效果可能会进一步增强。在这些研究中，试验前和试验后的吸附剂的颗粒大小没有测定，但在4-CP的吸附动力学的活性炭的粒子大小的影响是有据可查的。还描述了搅拌速度吸附率的增加为碱性染料的吸附上活性白土[ 6 ]以及乙酸，吡虫啉和4-氯苯酚在活性炭上。

　　表1中的数据 也表明，搅拌速率不仅影响吸附动力学，而且影响4-CP从水中的去除效率。吸附容量从1.385增加到1.520 mmol·g -1(机械搅拌器)和从1.391增加到1.510 mmol·g -1(磁力搅拌器)，搅拌速度从100增加到500rpm。观察到从20.06 4-CP的吸附容量的增加至23.04毫克克-1搅拌速度从300到600转。然而，一些作者已报道，用增加搅拌速度只能达到一定的限度，超过此有在吸附容量无显著增加吸附增加。在一些情况下，观察到在更高的搅拌速率在吸附容量的降低。正如作者所提出的，这是由于这样一个事实，即在非常高的搅拌速度下，吸附分子和吸附剂颗粒的动能增加到足以使它们相互碰撞而导致分离松散结合的吸附分子。

　　本文阐述了不同搅拌技术对颗粒活性炭吸附4-氯酚的影响。研究了烧瓶类型和包括实验室摇床，机械搅拌器，磁力搅拌器以及与气泡(空气或氮气)混合的搅拌器的类型的影响。还测试了搅拌速度对活性炭上4-氯酚吸附的影响。

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