活性炭對(duì)芳基砷的吸附
活性炭對(duì)芳基砷的吸附，砷類物質(zhì)通過土壤侵蝕，礦物浸出，火山沉積和地球化學(xué)風(fēng)化過程等自然過程自然發(fā)生在河流，湖泊，水庫(kù)和池塘等地表水中。通過礦物冶煉操作，礦物燃料燃燒以及家禽飼料中都含有有機(jī)砷化合物，人類對(duì)大氣的人為投入有助于砷的總體命運(yùn)和分布：地質(zhì)和人類活動(dòng)(例如(CH 3)3 As，As 4 O 6(s)，As 4 O 10(s))→水污染→土壤和沉積物→生物累積。砷在環(huán)境中具有可變的氧化態(tài)(3-，0,3+和5+)，特別是在水生環(huán)境中，形態(tài)依賴于相對(duì)的氧化還原電位和pH條件。砷的常見形式是含氧陰離子(亞砷酸鹽(As 3+)或砷酸鹽(As 5+))，后者是地表水環(huán)境中熱力學(xué)最穩(wěn)定的形式。
亞砷酸鹽在溫和的還原條件下在缺氧地下水中相對(duì)穩(wěn)定，被認(rèn)為是熱力學(xué)更穩(wěn)定的形式。在大多數(shù)天然水中，砷(III)以非離子化形式的亞砷酸(H 3 AsO 3，pK a= 9.22)，并可能與大多數(shù)固體表面弱相互作用。根據(jù)pH值和氧化條件，用傳統(tǒng)處理方法(如吸附，沉淀等)有效分離砷(III)物質(zhì)的各種質(zhì)子形式是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。
活性炭是具有相對(duì)高的表面積和具有羰基(C = O)，羥基(-OH)，氨基(-NH 2)和巰基(-SH)等雜原子的表面官能團(tuán)的微孔無定形材料，這取決于氧化條件。這些官能團(tuán)可以作為電子給體，可能有助于在活性炭表面和其基面上與金屬陽離子形成金屬-π相互作用?；钚蕴康目紫短峁┍砻嫖轿稽c(diǎn)，也可以作為負(fù)載復(fù)合材料情況下磁鐵礦生長(zhǎng)的模板位點(diǎn)。除砷可采用曝氣，氯化，沉淀，沉淀/共沉淀，吸附，離子交換，膜分離包括微濾，反滲透，電滲析，超濾和納濾等各種技術(shù)和生物學(xué)過程。在各種方法中，活性炭吸附是因?yàn)槠湎鄬?duì)低的成本和適用性取決于它們的化學(xué)性質(zhì)寬范圍水生污染物的的通用方法。最近的研究已經(jīng)示出使用鐵負(fù)載活性炭吸附劑的效用為去除水溶液中的砷酸陰離子。
表1. 在21℃的水中，在7.00的pH下，羅克沙酮與各種吸附劑的吸附等溫線參數(shù)。(吸附劑用量：〜15毫克; Ç ø：(0.025〜1.0mM) V = 0.020 L)。
| 吸附劑 | Q m（mmol / g） | K s（L / g） | ñ | R 2 | Chi2/DoF |
| MAG-P | 0.500±0.083 | 3.50±2.00 | 0.559±0.086 | 0.991 | 2.00×10 -4 |
| MAG-C | 0.102±0.008 | 19.3±13.5 | 0.624±0.104 | 0.977 | 4.00×10 -5 |
| MAG-32 | 0.862±0.066 | 12.1±5.0 | 0.812±0.078 | 0.996 | 3.40×10 -4 |
| MAG-19 | 0.936±0.096 | 39.7±32.6 | 1.15±0.18 | 0.99 | 1.13×10 -3 |
| MAG-10 | 1.39±0.45 | 12.9±14.0 | 1.34±0.25 | 0.993 | 6.30×10 -4 |
| 活性炭 | 1.78±0.27 | 3.05±1.70 | 0.662±0.132 | 0.995 | 1.78×10 -3 |
| 針鐵礦 | 1.59±1.00 | 0.792±0.789 | 0.815±0.135 | 0.992 | 4.20×10 -4 |
注意：Chi 2 / DoF(自由度)是診斷擬合優(yōu)度參數(shù)。
圖1. 在21℃，水中，在pH 7.00下用活性炭和針鐵礦吸附洛克沙胂的Sips等溫曲線擬合結(jié)果為24 H。(吸附劑用量：〜15毫克 Ç ø：(0.025〜1.0mM); V = 0.020 L)。
在合成磁鐵礦(Mag-P)，商用磁鐵礦(Mag-C)，具有可變磁鐵礦(32%，19%和10%; w / w%)的活性炭-磁鐵礦復(fù)合物的洛克沙胂等溫條件下吸著吸收結(jié)果針鐵礦如圖1和表1所示。利用活性炭實(shí)現(xiàn)了羅克沙星的最大單層吸附容量(Q m = 1.783mmol / g)。盡管活性炭含有較低的Fe含量作為雜質(zhì)，因此其吸附去除羅克沙星主要?dú)w因于非共價(jià)相互作用，例如羅克沙酮的苯環(huán)與活性炭的石墨烯表面之間的π-π堆積和氫鍵。在復(fù)合材料(CM-10，-19和-32)的情況下，隨著活性炭含量的增加，羅克沙星的Q m值增加，正如對(duì)疏水效應(yīng)影響的吸附過程所預(yù)期的那樣。相反，鐵氧化物組分，如磁鐵礦，針鐵礦和磁鐵礦的復(fù)合材料，其具有的π電子受體(路易斯酸)由于鐵物質(zhì)的吸附劑表面上存在位點(diǎn)，特別是對(duì)于無機(jī)砷酸鹽。
活性炭具有較大的石墨烯表面積(951m 2 / g)，可以優(yōu)先吸附羅克沙星。CM-19具有相對(duì)大的表面積(754米2/ g)，并可能通過觀察到的活性炭的類似相互作用以及內(nèi)球表面絡(luò)合物吸附羅克沙酮。在輕微attentuation q Ë值可能是由于孔隙活性炭堵塞由于氧化鐵物質(zhì)和/或氧化鐵位點(diǎn)降低的結(jié)合親和力。針鐵礦相對(duì)于CM-19 具有減小的表面積(214m 2 / g)然而，羥基(Fe-OH)的存在有助于通過氫鍵和內(nèi)球表面絡(luò)合增強(qiáng)羅克沙酮的結(jié)合。羅克沙胂的吸收與活性炭及其復(fù)合材料的表面積有關(guān)，這歸因于被吸附物的苯環(huán)與吸附劑的石墨烯單元的有利相互作用，與疏水作用相一致。
圖2. 原位動(dòng)力學(xué)攝取研究的 實(shí)驗(yàn)設(shè)置。
活性炭合成和實(shí)驗(yàn)條件
羅克沙胂通過從水中重結(jié)晶純化]。簡(jiǎn)而言之，將1克羅克沙松在65℃下攪拌溶解于25毫升的純化水中，并在環(huán)境條件下將該溶液通過濾紙熱過濾。在放入冰箱中24小時(shí)之前，使濾液緩慢冷卻。收集小橙色晶體聚集體并通過過濾分離，并在50℃下干燥1小時(shí)，得到淺棕褐色粉末產(chǎn)物。合成磁鐵礦(Mag-P)通過共沉淀法制備，如別處所述。用同樣的方法制備了含活性炭的磁鐵礦復(fù)合材料，但在加入Fe 3+ / Fe 2+(M比2：1)之前，制備了含有1.0g活性炭的活性炭溶液(200mL)的漿液。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)該指出，所有吸附實(shí)驗(yàn)都是在沒有磷酸鹽緩沖液的水中進(jìn)行的。樣品溶液的吸光度用λ= 244nm的紫外可見分光光度計(jì)用石英比色杯測(cè)量，其中水性樣品在pH 7.00。除活性炭和針鐵礦外，每種吸附劑都具有顯著的磁化率。 因此，使用鋁攪拌槳有頂置混合器具有半滲透的透析管分子量截止12,000-14,000進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如圖2。如圖2所示，將透析管切割成尺寸并用作具有石蠟?zāi)さ拈_放式注射器本體的蓋子。
結(jié)果表明，活性炭提供了最有利的整體吸附。該結(jié)果表明活性炭的高表面積經(jīng)由洛克沙胂苯基部分和石墨烯面之間的有利π-π相互作用，得到高效去除洛克沙胂。吸附性吸收的降低與復(fù)合材料的活性炭含量降低平行。因此，砷酸根陰離子與氧化鐵表面位點(diǎn)的路易斯酸- 堿相互作用被認(rèn)為是仲氯的本質(zhì)。
本文作者：董帝豪
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