研究的竞争吸附Performent直接深蓝和甲基橙在膨胀石墨吸附剂

文摘

膨胀石墨(EG)的吸附剂制备与化学氧化法使用硫酸作为插入试剂,KMnO4氧化剂和插入产品扩大在900°C。甲基橙的吸附和竞争吸附性能(MO)和直接深蓝(DDB)专家组评估使用单一的组合和二进制(MO和DDB)水溶液。实验结果表明:在单一和二进制水溶液,如这些染料的吸附能力随着染料浓度的增加,增加离子强度和吸附剂比表面积。共存的二元溶液,DDB可以明显减少莫吸附量,还有替代品的DDB莫。值得注意的是,有一个协同效应的莫DDB的吸附,吸附的DDB如莫的初始浓度增加,例如具有更好的吸附性能,DDB比密苏里州密苏里州的吸附和竞争吸附过程如遵循pseudo-second-order动力学模型,而吸附和竞争吸附的DDB受到温度的影响。数据遵循符合一级动力学模型在5°C和20°C,和pseudo-second-order模型分别为45°C。

关键字

膨胀石墨,竞争吸附,染料溶液、更换,协同效应

介绍

染料废水由纺织、纸张和印刷工厂已成为污染的主要来源之一,并已经证明,废水是多组分的深颜色,高COD、BOD和毒性。他们处理到接收水域会导致对环境的破坏。特别,染料可能会明显影响水生生物的光合活性减少光的渗透。吸附技术被认为是一个有效的、低成本的过程来解决这个问题。最具吸引力的吸附剂是活性炭由于其高的比表面积(1,2]。但是,昂贵的运行成本是一个明显的缺点在工业上的应用程序。

目前,多注意膨胀石墨(EG)。是一种吸附剂与丰富的4水平毛孔分布从纳米到微米(3),这些毛孔预计在为各种吸附物吸附(完全不同4]。在重油的吸附,大型开放空间中粒子纠缠蠕虫,第一级和第二级毛孔被发现非常重要,甲级重油的吸附量被确定为83.0 g的1.0 g如体积密度为0.006克/厘米³(5]。吸附的油粘度不同代表石油吸附量和粘度之间的线性关系,如扩大体积,分别6]。与石油相比,染料的吸附能力(7),苯分子(8),聚乙二醇(9,10因为他们的低粘度较小。有不同的吸附机理,如石油和其他污染物。吸附量之间的线性关系,如比表面积被证明。此外,吸附能力主要受溶液中的吸附物浓度,温度、pH、离子强度。

虽然已经注意如吸附容量mono-component解决方案(包含单个吸附物水溶液),污染物很少单独存在。研究多组分的解决方案可能揭示竞争吸附在同一网站的特点,分布和吸附量差异造成的物理或化学吸附物共存之间的交互。例子:腐殖酸的吸附、富里酸、十二烷基苯磺酸钠和苯酚在DX - 906 macroporus树脂(11),结果表明,竞争吸附发生在两个吸附物之间的差异小;当差异明显,小分子有机物质将推动大的吸收。在个人和竞争吸附的磷和砷酸针铁矿在人工海水(添加Ca^{2 +}、镁^{2 +}所以₄²⁻0.7 mol / L氯化钠溶液)[12)、磷吸附量略有增加的毫克^{2 +}和Ca^{2 +};但吸附量减少是由于添加₄²⁻和低pH值。相比之下,砷酸吸附不受添加毫克^{2 +}或Ca^{2 +}。阿特拉津的吸附在活性炭粉(13),对二氯苯被发现显著降低阿特拉津的吸附量,但它没有对阿特拉津的吸附动力学的影响。相比之下,聚(苯乙烯磺酸盐)的影响(PSS, MW = 1800)对阿特拉津的吸附容量非常小。此外,在同时吸附,pss - 1800没有影响阿特拉津表面扩散。然而,预压粉末活性炭与pss - 1800将降低阿特拉津表面扩散系数三个数量级以上,与增加固相扩散系数降低了pss - 1800浓度。在吸附酸性蓝25日Cd^{2 +}和锌^{2 +}在身体上激活沥青碳和磷酸活性炭从木材14),结果显示协同效应的吸附酸性蓝25 Cd^{2 +}和锌^{2 +}。的金属离子吸附在激活碳原子的初始浓度增加酸性蓝25。

因此,多组分的方法显然是为了理解和预测的性能如在实际废水的处理,通常包含复杂的染料和/或其他污染物的外加剂。直接深蓝(DDB)和甲基橙(MO)模型被吸附物,这项工作的目的是探讨这些染料吸附和竞争吸附的特点。影响染料浓度、溶液的离子强度、温度、吸附剂比表面积在单一水溶液吸附能力和竞争二元水溶液的吸附能力进行调查和比较。这项研究不仅可以建立热力学和动力学模型,给出模型参数,但是也可以给一些指令,如应用程序在多组分的染料废水吸附剂。

材料和方法

如吸附剂的制备

一定数量的98%硫酸的质量定量稀释到75% de-ionized水烧杯,然后依次增加了干燥的天然石墨和KMnO4根据质量比石墨C: H₂所以₄(98%):KMnO₄1.0:0.15:5.0。使用玻璃棒混合原料,在室温下反应持续了30分钟。产品是de-ionized水清洗和浸泡在水的pH值为2.0 h,直到浴达到6.0 - -7.0,然后过滤和干燥在60 - 80°C约6.0 h。干产品扩大在900°C,然后如吸附剂。膨胀体积(EV)干的产品是根据测量分析方法GB / t10698 - 1989 (15]。各种如不同电动车准备使用原料石墨和不同大小的0.3毫米,0.18毫米和0.15毫米中列出表1。表面积、孔隙大小分布和孔隙体积结构参数测定打赌根据氮的吸附(中列出表1)。在所有的吸附和竞争吸附实验,如电动汽车400 mL / g作为吸附剂除特殊说明。

被吸附物

莫与偶氮苯和萘环结构和DDB,联苯,偶氮苯的结构被用作模型吸附物。化学结构和分子量都表2所示。模拟废水DDB和密苏里州的单一和二进制水溶液被溶解这些被吸附物在de-ionized准备水在不同浓度。在定量分析中,T6新世纪紫外分光光度计(浦西通用仪器有限公司北京)使用。

吸附实验

如DDB和密苏里州的吸附实验进行了使用单(MO或DDB)水溶液和二进制(MO和DDB)水溶液,在不同浓度、温度和离子强度,分别。吸光度和浓度变化的DDB和密苏里州的解决方案记录并根据定量计算方程。实验的方法和设备类似于那些我们在文献[9]。

结果和讨论

吸附和竞争吸附等温式

平衡吸附量对应于密苏里州和不同初始浓度DDB单一水溶液和二进制水溶液测定20°C,和所示的结果图1。

在测试浓度范围,密苏里州的平衡吸附量和DDB都增加染料初始浓度的增加无论在密苏里州或DDB单一的水溶液或MO-DDB二进制水溶液。但DDB的共存会明显影响如莫吸附量,它随DDB初始浓度的增加,应引起的竞争吸附的吸附网站如和替换的DDB密苏里州,密苏里州的共处可以增加吸附容量DDB的如,和莫初始浓度的增加而增大。可能的原因进行了讨论。首先,如表面的主要元素是碳和氧(16),他们存在于形式的C, C = O。- O函数组,这可能会导致更强的亲和力DDB和如之间。另一方面,吸附率莫高于DDB的小分子量(在室温下,DDB的吸附平衡时间和莫约33.0 h和25.0 h,分别)。提前莫分子吸附,然后这些吸附网站可以成为活跃的站点DDB的吸附。随后,DDB的替代莫是DDB的结果更强的吸附亲和力,导致增强的吸附量。类似的研究结果证明了在四种常见的竞争吸附有机化合物(胡敏酸、富里酸、十二烷基苯磺酸钠和苯酚)dx - 906 macro-porus吸附剂树脂(11]。他们推断,吸附小分子如十二烷基苯磺酸钠和酚能减少树脂之间的斥力框架和胡敏酸和富里酸,这可能带来更多新的吸附网站或更有利于大分子的吸附。同时,协同效应提出吸附酸性蓝25的Cd^{2 +}和锌^{2 +}在激活碳14]。推导了酸性蓝25作为离子交换剂在水溶液中成为一个活跃的站点对重金属的吸附。

进行了进一步的实验证明莫的共存有利于DDB的吸附。DDB单水溶液250 mg / L和800 mg / L准备,分别。如添加保持的质量如溶液体积2.0 g / L, DDB的平衡吸附量是首先确定在20°C。随后,莫被加入到DDB平衡解决方案保持莫初始浓度为40 mg / L和100 mg / L,分别。最后的平衡吸附量的DDB如预压DDB再次确定。所示表3,莫与DDB预压如能进一步加强DDB吸附量,和莫初始浓度的增加而增大。因此,莫能带来积极的加入网站DDB的吸附和吸附量的增加。

吸附和竞争吸附等温式常量

提供一个描述的染料浓度和可能的构象在界面区域,朗缪尔方程和弗伦德里希等温线方程被用来治疗等温线数据用同样的方法,在文献[9]。所示表4,这两个模型都可以用来描述吸附和竞争吸附行为,相关系数r都在0.9以上。根据结果中列出表4密苏里州饱和吸附量q0 MO-DDB二元溶液中比在小莫单一的解决方案,并且它随DDB浓度的增加而减小。因此,结果说明存在竞争吸附的吸附网站如和替代。而对于DDB的DDB DDB-MO二元溶液,吸附量大于DDB单一的解决方案,莫浓度的增加而增大。它可以看到如莫和DDB的吸附选择性。

如比表面积对吸收的影响和竞争吸附的吸附量

所示图2比表面积越大,吸附量越高莫或DDB单和二进制水溶液。如大粒度具有更高的容量和更高的比表面积扩大(如所示表1)。因此,它有利于提高如吸附容量增加其比表面积和扩大体积。在此,密苏里州的所有吸附和竞争吸附或DDB单身,MO-DDB二进制水溶液,如电动汽车400 mL / g作为吸附剂。

离子强度对吸收的影响和竞争吸附能力

在密苏里州或DDB单一水溶液和MO-DDB二进制水溶液,氯化钠和NaSO₄水溶液被用来调整离子强度,分别。结果表明,钼的吸附量和DDB如与离子强度的增加略有增加。静电相互作用和盐析效应?常用于照射的结果(17]。因此,莫之间的静电相互作用,DDB,如减少随着离子强度的增加抑制的双电层。另一方面,疏水引力和MO DDB增加由于?盐析效应?。

吸附和竞争吸附动力学如莫和DDB

所示图3和图4,吸附量是时间的函数、温度、染料浓度、吸附平衡时间是大约25 h为DDB莫和36 h。DDB单一水溶液和DDB-MO二进制水溶液吸附对DDB更迅速地发生在高温、和平衡吸附量随着温度的增加而增加,初始DDB(或MO)浓度。至于莫,时间的影响,温度、染料初始浓度对吸附量更为复杂。当莫的初始浓度是40 mg / L,平衡吸附量随温度的增加(如所示图3更快),吸附发生在早期阶段。但140 mg / L时,吸附量随着温度和时间的增加下降(如所示图4)。

结果可能是由于不同的温度对钼的影响和DDB有效浓度的解决方案和替代的DDB莫。在一定浓度范围内,温度的增加会导致DDB有效浓度的减少和增加的莫有效浓度的解决方案。同时,存在竞争吸附的吸附网站如和吸附速率的差异,密苏里州的吸附量随吸附时间第一,然后减少由于更换DDB(如所示图4 (c))。DDB的共存会最终导致莫平衡吸附量的下降,在高温下它会变得更明显。条件下的染料浓度和溶液温度高,如将显示更高的亲和力和选择性DDB比莫。

随后,相对应的动态数据吸附和竞争吸附的特点是符合一级模型(方程1)和pseudo-second-order模型(公式2)(18、19)。比较实验数据(定量宽松,exp)动力学模型数据(量化宽松,cal)和线曲线拟合系数r2,我们可以看到:是否吸附在密苏里州单一解决方案(表5)或竞争吸附MO-DDB二进制的解决方案(表6),pseudo-second-order模型给出更好的结果比符合一级模型。至于DDB吸附和竞争吸附(表7和表8所示),符合一级模型给出更好的结果比pseudo-second-order模型在5°C, 20°C。特别,pseudo-second-order模型给出更好的结果比符合一级模型在45°C。吸附的DDB如,温度是主要影响因素,其增加的增加会导致吸附速率常数k单和二元水溶液。更高的吸附温度对消除DDB有益。

一阶模型:ln (q_e- q = lnq_e- kt (1)

二阶模型:t / q = 1 / (kq_e²)+ t / q_e(2)

吸附速率常数k (min¹对于一阶吸附,g·g¹·敏¹对二阶吸附);t-adsorption时间(分钟)

结论

这项研究提供了一个洞察的吸附及竞争吸附钼和DDB和二进制水溶液。结果让我们假设:

钼的吸附量的增加或DDB可能造成染料初始浓度的增加,离子强度和比表面积。MO-DDB二元水溶液,DDB的共处可以明显降低吸附量的帽上如竞争相同的吸附网站和替代的DDB莫。相反,有莫DDB的吸附的协同效应;密苏里州的共存会带来新的吸附网站更有利于DDB的吸附。MO-DDB二元溶液,吸附是有选择性的。钼的吸附和竞争吸附过程如pseudo-second-order动力学模型描述都可以,主要影响因素有莫浓度和温度。至于如DDB的吸附和竞争吸附,主要影响因素是温度。符合一级模型给出更好的结果在较低的温度;高温pseudo-second-order模型给出更好的结果。

引用

1. Ashour党卫军。动力学和平衡吸附染料亚甲蓝和remazol steam-activated碳由日期坑。J沙特化学Soc。2010;14 (1):47-53。
2. Farahani M,阿卜杜拉•SRS Hosseini年代,Shojaeipour年代,Kashisaz M . Adsorption-based使用碳活性阳离子染料甘蔗蔗渣。Procedia环境科学。2011;10:203 - 208。
3. 周赵H, W,沈WC Kang财政年度。剥落石墨的孔隙结构及其品种的液体吸附。板牙Sci Eng。2002;20 (2):153 - 156。
4. 康财政年度,郑YP,赵H,王HN,王LN,沈WC, et al .重油的吸附和生物液体剥落石墨——在中国的研究。新的碳板牙。2003;18 (3):161 - 173。
5. 郎丰田M,守屋K, Aizawa霁,Konno H, Inagaki M .重油的吸附和恢复使用剥落石墨第一部分:最大吸附能力。海水淡化,2000;128 (3):205 - 211。
6. 彭日成XY,任HL,龚F TT。油的吸附能力研究膨胀石墨或再生膨胀石墨。J河北大学(Nat Sci Ed), 2008;28日(5):512 - 516。
7. 彭日成XY, Lv P,刘冯YQ, XW。膨胀石墨吸附特征有机染料-吸附热力学和吸附表面积酸碱盐浓度的影响。环境科学:一个印度j . 2008;3 (2):150 - 157。
8. RN彭日成XY,林。膨胀石墨吸附机制对石油和苯有机分子。亚洲J化学2010;22 (6):4469 - 4476。
9. 彭日成XY。研究膨胀石墨吸附动力学和热力学特性的聚乙二醇。E-J化学2010;7 (4):1258 - 1265。
10. 彭日成XY。膨胀石墨吸附能力和机制为聚乙二醇和油。E-J化学2010;7 (4):1346 - 1358。
11. 田WH李PY,调查竞争吸附有机物的大孔吸附树脂。工艺水治疗。1994;20 (5):254 - 258。
12. 高Y, Mucci a .个人和竞争吸附的磷和砷酸针铁矿在人工海水。化学地质学。2003;199 (2):91 - 109。
13. 李QL, Snoeyink六世,Mariaas BJ,坎波斯c .阐明竞争阿特拉津的吸附机制和以前的使用模型化合物。水资源2003》;37 (4):773 - 784。
14. Aguayo-Villarreal IA, Hernandez-Montoya V, Bonilla-Petriciolet Tovar-Gomez R, Ramirez-Lopez EM, Montes-Moran MA。作用的酸性蓝25染料的吸附活性部位Cd2 +和Zn2 +使用激活碳。染料颜料。2013;96 (2):459 - 466。
15. 可膨胀石墨。中国标准出版社。GB / T 10698 - 1989。
16. 杨詹,吴CP,膨胀石墨的形态和x射线光电子能谱。J板牙Sci Eng。2007;25 (2):294 - 297。
17. 邱女士,李HY。活性染料的吸附行为在水溶液化学交联壳聚糖珠。光化层,2003;50 (8):1095 - 1105。
18. 吴ZJ Joo H,李k .有机染料吸附的动力学和热力学的介孔混合干凝胶。ChemEng j . 2005;112 (1 - 3):227 - 236。
19. 赵MF,刘p .吸附亚甲基蓝水溶液的改性膨胀石墨的力量。海水淡化。2009;249 (1):331 - 336。