活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　攪拌技術對活性炭吸附的影響，通過活性炭吸附過程是用于從水中除去有機污染物的最有效的方法之一。吸附是相對靈活和簡單的設計，低成本，易于操作和再生，以及沒有或低代有毒物質的吸引力。由于活性炭具有較高的表面積，孔體積和孔徑分布，因此它是目前吸附效率最高的有機污染物吸附劑。有機化合物在活性炭上吸附的有效性取決于它們的孔隙結構和表面化學性質，被吸附物的物理化學性質(分子量，溶解度，極性，官能團類型)，溶液化學性質(離子強度，pH值)和溫度。大多數這些因素對不同有機污染物的動力學和吸附平衡的影響都是不一樣的。

　　吸附實驗通常在含有固定體積的吸附物溶液(具有不同初始濃度)和已知質量的吸附劑的錐形瓶中進行。然后搖動如此制備的樣品直到達到平衡。然而，作者很少提供樣品混合的條件。攪拌對吸附的影響通常被忽略。只有幾個研究了在吸附攪拌速度的影響。然而，據我們所知，不同的混合技術對吸附的影響還沒有被研究過。

　　本內容的目的是比較不同的攪拌技術及其對活性炭上有機污染物吸附動力學和吸附能力的影響。使用實驗室搖動器，機械(槳式)攪拌器以及磁力攪拌器，通過氣泡將樣品混合。還檢查了攪拌速度的影響。我們選擇4-氯酚(4-CP)作為目標污染物，因為它對水生生物，植物和人類有毒性，而且在飲用水中常見。此外，在活性炭上的4-氯苯酚的吸附被很好的描述出來。介紹了4-氯酚吸附在各種改性和未改性的活性炭上，還描述了影響活性炭上4-CP吸附的其他因素的影響，包括離子強度和pH 。

　　需要使用的實驗材料和儀器

　　4-氯酚，活性炭，鹽酸，氫氟酸和HPLC級乙腈。作為吸附劑的顆粒活性炭，在使用之前，活性炭通過使用HCl和HF濃酸除灰進行預處理，并用去離子水沖洗數次。然后將吸附劑在130℃的烘箱中干燥至恒重并保持在干燥器中進一步研究。活性炭的表面積(S BET)是根據氮低溫吸附-解吸等溫線來確定的。在吸附研究中，將活性炭樣品通過空氣和氮氣以及實驗室搖床，機械攪拌器和磁力攪拌器來進行分別測試。

　　吸附實驗

　　吸附實驗在含有0.05μL4-CP溶液和0.025g活性炭的錐形瓶(或圓底燒瓶)中進行。動力學研究是在25℃下進行初始4-CP濃度為1.0mmol L -1。以不同的時間間隔取水樣，色譜測量4-CP的濃度。

　　分析方法

　　4-CP的濃度通過使用UV檢測的高效液相色譜進行測量。色譜分析使用2.0×150mm，3μm柱進行。色譜條件如下：流動相 - 乙腈/水用乙酸(50/50，v / v)調節至pH 3.0; 流速0.25mL min -1 ; 和分析波長281nm。所有實驗在相同的條件下一式三份進行，并將平均值用于進一步的計算。報道三次重復的平均值和標準偏差，并使用t檢驗和/或ANOVA和Tukey檢驗分析獲得的數據。任何一對治療方法之間的差異使用最低顯著性差異檢驗進行檢驗，顯著性水平為0.05。

　　混合技術的影響

　　為了研究混合技術對4-CP吸附的影響，使用實驗室搖動器，機械攪拌器和磁力攪拌器以200rpm攪拌含有吸附劑和吸附溶液的錐形瓶。結果如圖1所示 。實驗室搖床，機械攪拌器和磁力攪拌器的偽二級速率常數分別為0.597±0.013,0.701±0.005和0.691±0.015 g mmol -1 h -1。機械攪拌器和磁力攪拌器之間吸附速度的差異在統計學上并不顯著(p = 0.34)。在這兩種情況下，吸附發生比使用實驗室搖床更快。實驗室搖床和機械攪拌器之間以及實驗室搖床和磁力攪拌器之間的差異具有統計學顯著性在吸附能力(q e)中觀察到相同的相關性，其如下：1.359(實驗室搖床)，1.442(機械攪拌器)和1.430(磁力攪拌器)mmol·g -1。所有這些結果表明，混合技術在動力學和吸附平衡中都起著重要的作用。使用機械攪拌器和磁力攪拌器比實驗室振蕩器觀察到更好的結果。在磁力攪拌器和機械攪拌器的情況下吸附速率和吸附容量的增加是攪拌棒或攪拌槳與活性炭之間物理接觸的結果。結果，吸附材料的尺寸減小，并且吸附位點更容易接近被吸附分子吸附動力學和吸附能力的增加以及活性炭粒徑的減小。

　　攪拌速度的影響

　　研究了攪拌速度對水溶液對4-氯酚吸附的影響。吸附劑劑量，初始4-CP濃度和溫度保持恒定。使用機械攪拌器和磁力攪拌器以100rpm至500rpm的速度進行研究。攪拌速率對4-CP吸附的影響見圖2和表1。

　　可以看出，吸附速率受攪拌速度的影響很大 - 吸附速率隨攪拌速度顯著增加。隨著攪拌速率從100rpm增加到500rpm，k 2值分別從0.577增加到1.264g mmol -1 h -1(機械攪拌器)和0.560-1.231g mmol -1 h -1(磁力攪拌器)。在相同的攪拌速度下，機械攪拌器和磁力攪拌器之間的差異沒有統計學意義(p > 0.05)。隨著攪拌速度的提高，4-CP分子從大塊液體向活性炭顆粒周圍的液體邊界層擴散的速率變得更高，這是因為紊流的增強和液體厚度的減小邊界層。隨著攪拌速度的增加，吸附劑顆粒破碎的程度增加，這種效果可能會進一步增強。在這些研究中，試驗前和試驗后的吸附劑的顆粒大小沒有測定，但在4-CP的吸附動力學的活性炭的粒子大小的影響是有據可查的。還描述了攪拌速度吸附率的增加為堿性染料的吸附上活性白土[ 6 ]以及乙酸，吡蟲啉和4-氯苯酚在活性炭上。

　　表1中的數據 也表明，攪拌速率不僅影響吸附動力學，而且影響4-CP從水中的去除效率。吸附容量從1.385增加到1.520 mmol·g -1(機械攪拌器)和從1.391增加到1.510 mmol·g -1(磁力攪拌器)，攪拌速度從100增加到500rpm。觀察到從20.06 4-CP的吸附容量的增加至23.04毫克克-1攪拌速度從300到600轉。然而，一些作者已報道，用增加攪拌速度只能達到一定的限度，超過此有在吸附容量無顯著增加吸附增加。在一些情況下，觀察到在更高的攪拌速率在吸附容量的降低。正如作者所提出的，這是由于這樣一個事實，即在非常高的攪拌速度下，吸附分子和吸附劑顆粒的動能增加到足以使它們相互碰撞而導致分離松散結合的吸附分子。

　　本文闡述了不同攪拌技術對顆粒活性炭吸附4-氯酚的影響。研究了燒瓶類型和包括實驗室搖床，機械攪拌器，磁力攪拌器以及與氣泡(空氣或氮氣)混合的攪拌器的類型的影響。還測試了攪拌速度對活性炭上4-氯酚吸附的影響。

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