活性炭對亮藍染料的吸附特性
活性炭對亮藍染料的吸附特性
由于水資源的污染和稀缺,水資源危機引起了全世界的廣泛關注。來自工業(yè)和家庭活動的多種復雜污染物間接或直接排放到水體中。在這種情況下,染料是主要的有機污染物。這些化合物廣泛應用于紡織、皮革、塑料、食品加工等產(chǎn)業(yè)。目前,可供使用的商品染料有10萬多種,估計合成染料的年產(chǎn)量約為3萬噸。這些染料中的很大一部分通常通過未經(jīng)處理的廢水排放到水體中,這是一個相當大的污染源。染料造成的水污染一直是需要解決的主要環(huán)境問題,而磁性吸附劑似乎是解決該問題的有前途的替代品。在此,磁性活性炭通過一步法制備,經(jīng)過適當表征,并用作吸附劑,用于去除亮藍色染料。
吸附是一種很有前途的技術,可以從廢水中去除有色污染物。吸附是有前途的,因為它具有適用于不同場景、易于實施、空間要求低、設計簡單、經(jīng)濟可行性和高效率等優(yōu)點。在吸附操作中,活性炭廣泛用于去除水溶液中的無機和有機污染物]。這種吸附劑具有高表面積、孔體積和豐富的表面官能團。同時,利用木質(zhì)纖維素作為活性炭生產(chǎn)的前體材料是一種可行的替代方案,因為它成本低、可用性好且生態(tài)適宜。
磁性活性炭的特點
SEM圖像,放大倍數(shù)分別為5000倍和10000倍,分別如圖1a、b和圖1d、e所示??梢杂^察到這兩種材料都有不規(guī)則的表面,存在粗糙度和一些顆粒,以及沿其表面的空腔。此外,活性炭具有更多的空腔,這是所生產(chǎn)的活性炭的表面形態(tài)之間觀察到的主要差異。這些空腔有利于在吸附過程中的應用,因為它們使亮藍分子能夠穿透吸附劑直至到達孔隙。這種空腔可以由KOH引起的分解形成。
圖1:(a,b)SEM圖像和(c)活性炭1的EDS光譜和(d,e)SEM圖像和(f)活性炭2的EDS光譜。
磁性活性炭表面的官能團
圖2顯示了活性炭1(圖2a)和活性炭2(圖2b)的FTIR光譜。可以觀察到兩種材料在3431、1625和1558cm-1處的譜帶。3431cm-1處的譜帶可歸因于活性炭表面作為官能團存在的醇、酚或羧基的O-H鍵的伸縮振動,也可歸因于吸附水的存在。1625cm-1處的譜帶可歸因于C=O鍵。在1558cm-1處,觀察到的譜帶可歸因于活性炭結構芳環(huán)的C=C伸縮振動。除此之外,在1034e-1028cm-1處可以分別觀察到兩種活性炭的的譜帶,這是由于醇、酚或羧基中羥基的C-O伸縮振動。
圖2:(a)活性炭1和(b)活性炭2的FTIR振動光譜。
亮藍染料吸附的動力學曲線
研究了初始吸附物濃度為50mgL-1和pH4的兩種活性炭的亮藍染料染料吸附動力學行為。作為時間函數(shù)的吸附容量曲線分別如圖3a、b所示,分別為活性炭1和2??梢杂^察到活性炭2獲得的曲線的特征在于更快的吸附速率?;钚蕴?在大約10分鐘內(nèi)達到平衡。對于活性炭1,在大約60分鐘內(nèi)達到平衡。由于活性炭1呈現(xiàn)的較高總孔體積,可以解釋這種行為。高孔體積可以通過允許染料分子在孔內(nèi)更快地擴散到吸附位點來增強吸附動力學。
圖3:亮藍染料吸附到(a)活性炭1和(b)活性炭2上的動力學曲線。
驗動力學數(shù)據(jù)適用于偽一級(PFO)和偽二級(PSO)模型。可以得出結論,PSO模型更適合代表兩種活性炭的亮藍染料吸附動力學。此外,活性炭2更快的動力學和更高的吸附能力,因為k2和q2對于這種吸附劑,對于活性炭1的相同參數(shù),大約高出兩倍。為了進行比較,一些作者證明PSO模型更適合表示陰離子染料吸附的動力學數(shù)據(jù)。
活性炭對亮藍染料的吸附特性,從吸附研究中,觀察到活性炭之間的重要差異?;钚蕴?表現(xiàn)出更快的動力學并在大約10分鐘內(nèi)達到平衡。另一方面,對于活性炭1,僅在60分鐘內(nèi)達到平衡。對于這兩種吸附劑,偽二級模型很好地代表了動力學數(shù)據(jù)。關于吸附等溫線,Sips模型令人滿意地代表了數(shù)據(jù)。此外,活性炭2的最大吸附容量高于1。最后,新研發(fā)的活性炭有望用于處理含有亮藍染料的模擬廢水,去除效率分別達到93%和95%。這些結果表明,活性炭是一種很有前途的吸附劑,用于從水溶液中去除亮藍染料,效率高且易于磁分離。
本文作者:董帝豪
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