活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对偶氮染料的吸附分析

　　偶氮染料构成了一个主要的化学类别，占生产的纺织染料的60%至70%。这三种偶氮染料，即乙基橙、甲基橙和间苯胺黄，广泛用于造纸、纺织、食品、皮革和化学品生产。由于结构复杂、合成来源和低降解性，偶氮染料耐热、耐阳光和不同的氧化剂。由于芳香胺的释放会对环境造成影响。因此，对从废水中去除染料的生产性和低成本技术的需求不断增长。本次在通过活性炭对偶氮染料的吸附机理，并研究其上附着的官能团对吸附能力的影响。

　　偶氮染料的吸附研究

　　使用分批技术用于评估不同吸附剂(炭化原料、回收的产物和成品活性炭)对乙基橙、甲基橙和间苯胺黄染料的吸附行为。在分批程序中，将0.01g吸附剂添加到有塞玻璃管中，其中有10mL不同浓度的各种偶氮染料染料溶液。这些样品在恒温摇动器中在环境温度下搅拌，直到达到平衡。偶氮染料吸附的动力学研究也在两种吸附物浓度中的吸附量作为时间的函数进行了研究，动力学数据用于PFO、PSO和IPD模型的建模。对于等温线研究，在三个不同温度(25℃、35℃和45℃)下分别用0.01g吸附剂搅拌上述一系列染料浓度，并使用等温线数据与Langmuir、Freundlich、和Temkin模型以及热力学参数的确定。本研究中使用的所有吸附剂和常规颗粒活性炭在水中都非常稳定。此外，与吸附剂接触的所有测试溶液的pH值均在5-6.8范围内。

　　初始浓度和接触时间的影响

　　为了研究如何达到平衡，活性炭对偶氮染料的吸附。作为接触时间函数执行(图1A-C)。从图中可以看出，在初始阶段，随着吸附物(偶氮染料)的吸收速度加快，饱和曲线急剧上升。之后，它以适中的速度进行，最终达到平衡。通过初级阶段对偶氮染料的较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/自由功能单元)的可及性。之后，由于附近占据的染料分子的排斥力，发现吸收减少。图表还显示乙基橙、甲基橙和间苯胺黄的最大量在大约60分钟内被去除，在180分钟内达到平衡。因此，对于所有吸附研究，实验进行到240分钟。

　　图1：接触时间和初始浓度对25℃时乙基橙(A)、甲基橙(B)和间苯胺黄(C)在活性炭上吸附的影响。

　　值得注意的是，从图中可以看出，活性炭对偶氮染料的吸附能力随着初始浓度的增加而增加。由于初始浓度提供了一个重要的驱动力来克服染料在体相和固相之间的传质阻力，吸附能力随着染料初始浓度的增加而增加。

　　活性炭的吸附等温线

　　为了研究活性炭的吸附能力，平衡吸附等温线被开发为恒定温度下浓度的函数，图表在25℃下如图2A所示。几种偶氮染料在25℃吸附等温线分别为0.194、0.178和0.142mmol·g-1。这些结果表明偶氮染料在活性炭上的吸附顺序为：乙基橙>甲基橙>间苯胺黄。图2B、C显示了所有三种偶氮染料在35℃和45℃下获得的吸附等温线。显然，所有等温线的形状类似于Langmuir(L)型。表示从稀溶液中的吸附，其特征在于吸附剂表面上的单层吸附分子。为了观察吸附容量随温度的变化，在活性炭上去除偶氮染料的实验分别在25、35和45℃下进行，得到的结果如图2A-C所示。

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

　　对于Langmuir模型，图3A在1/qe与1/Ce之间绘制，而在Freundlich模型的情况下，图3B在logqe和logCe之间绘制。对于Temkin模型，图3C中所有染料在25℃下呈现出qe和lnCe之间的线性图。通常，利用从线性回归得到的相关系数(R2)来获得最佳等温线来阐述吸附过程。比较R2从Langmuir、Freundlich和Temkin等温线对阴离子染料乙基橙、甲基橙和间苯胺黄的吸附获得的值清楚地表明，Langmuir等温线具有比Freundlich和Temkin等温线更高的R2值，表明Langmuir等温线是适合的最佳等温线模型实验数据。

　　图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温线。

　　活性炭对偶氮染料的吸附分析，与其他吸附剂相比，新研发的活性炭显示出有效的吸附能力。偶氮染料在活性炭上的吸附已经用不同的可变参数进行了分析，包括初始染料浓度、接触时间和温度。使用不同的吸附等温线和动力学模型分析实验吸附数据。活性炭对三种偶氮染料乙基橙、甲基橙和间苯胺黄的Langmuir单分子层吸附容量分别为0.202、0.187和0.158mmol·g-1。偶氮染料吸附量的主要差异与每种染料上存在的官能团及其几何形状的变化以及活性炭和染料的疏水性有关。Langmuir模型对等温线的最佳拟合表明偶氮染料在活性炭上的单层吸附，偶氮染料的动力学遵循PSO模型。这项研究的结果为将来活性炭在吸附其他有机污染物方面的可行性和性能奠定了基础。

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