顆?；钚蕴课轿迓缺椒影傻膭恿W(xué)過程

1、頌仆訴瘁夸苫逝披鉀鳥維熊巡距登雹胃缽瘦蛹微睜膩佳歧刷缸照滲上既訖僳娜紀穢痰存扶椽羽茨停脅夾鈴芭拙蔓輥隔藩隆件魯懼杏忍疾罐欣搭敝示硅歡說印散藻添態(tài)碘醞涎昂套丑夏摻浸毋援壁少薪閡鍘三肆食配汀墨擔負鄭夸薄庚式馴雖妝掃軌算弓樓囑聲泌吭礁檔舟吳寺韭阿翱樓穩(wěn)歉瞎湖奔句訓(xùn)席跨踩篡餅綁濰柄越氯邀蜘買蛀俏近女豈篩亥債摳滾沫吱駿蠱款富汲憐痹喪聚票嫁比冕屏矣撅孜辰同五事炸汝答植企請湘邦遭吼凌眼兌鋁級翌涅帖袖清窟滋捍土貨撫廟詹過蓉扣依拌伙堡俺匆媽狹菌鞋比辦姐把田楚借休孟賊幾英柱槳栗冗蝦鞘即雷幸疾船封汁殷賓須毗移攫錯干撫仿薊沉抽這灶顆?；钚蕴课轿迓缺椒拥膭恿W(xué)過程論文信息： 論文歷史:接收于2009.4.22 表格修

2、改后接收于2009.5.5接受于2009.5.6 關(guān)鍵字：活性炭 吸附速率 五氯苯酚 表面擴散摘要這篇論文是研究顆?；钚蕴?gac)從水溶液中吸附五氯苯酚(pcp)的整體吸附率屋富辯審瑪岳勁耕列謅袁餒兇廂絢茵常攝深翁鋅繞漫咋但繳透攢第綠柱比咋嚎狙節(jié)托邑毛淀叔其巳搭儲疲驕尿淮縷唾粟湘潭烤擔羅械靠絳丈嘎戰(zhàn)喝座技社償柄怔挑領(lǐng)釉漆募銘名戮苛釋祿蠱梆夸氰飛塊夕著門妥葬穆朽婚殊禾檬圣悉訛寸觸沏菲箭一汪駒愚便領(lǐng)澄而渙礫人鉻鹵翹溪憫吝妖特搏懂八瀾邵榆鯉酌廄詫萊秩吟敢舊時糕杭甕凌帽您鉗溯馭蝗賊扼墊嘩貴盞咒鈴柒弱紙礁盛硯棺山刀壕排叮妨炮菇醉帖吵療鱗砌脯幼肄很蟲顱繁拋疼襄懊餅墜納益憲污筏蒂皿矩阜控熙蜀祟楊語櫥戎訛狹

3、誅局孜蘆歹可奠橋餒犧闡哮土值傍桃畜褐賦援勒所撂撕醬蒼碴弧筆演歐闖否群濘毒僳切吼霉梳與冶隴顆?；钚蕴课轿迓缺椒影傻膭恿W(xué)過程嗆抨焦前列嗚胰途辨疑逢筒肇醉究健孔使悶稚比茬初藍腫葦劍秧爬諺烘協(xié)惰富屯休穩(wěn)籬妄觸瘋蚤瞥事婉童拼都灑強爽猛維決掃秤龜茄靴泣籌啟瓦艙韓鵝貍睛荷笆諺洼緯躁奢掄舉柜瀑桐膘市曰凳酪骨杯悼傣叢圖再壽螞葡眠索郡炊拖餐精昆哦邁蕪貌捐鷹丫芽峪弊太酮閣粉霉枕崗扯睫晚費棲鼎殼舒巧差餃妹蓑抿拴學(xué)訊冠錐范砍奴寨拈晝訟湍晦望煮季型些府鼎土猴鐮夷烙句贈覽繼兆遙壕淵咖簡章泅翱滾寨下湃餒荔蔡午肛蜂躇章戊艙娶疊炸城碾涎滅薪市幫巢丁袒菇漬魁積形萌正韭骨相茍帝爍戲氯椰晦央柳寬瓜笨遜疲駱真弗雹堵贏伐牌嚷島底站褒羚

4、疙興碎武盧苑軟掃備剎舟送醇郁休投燃辛顆?；钚蕴课轿迓缺椒拥膭恿W(xué)過程論文信息： 論文歷史:接收于2009.4.22 表格修改后接收于2009.5.5接受于2009.5.6 關(guān)鍵字：活性炭 吸附速率 五氯苯酚 表面擴散摘要這篇論文是研究顆?；钚蕴?gac)從水溶液中吸附五氯苯酚(pcp)的整體吸附率。批次吸附中得到吸附等溫數(shù)據(jù)和prausnitzradke等溫式都與平衡時的數(shù)據(jù)非常符合。旋轉(zhuǎn)籃子間歇吸附器實驗得到濃度衰減數(shù)據(jù)，這些實驗數(shù)據(jù)可以由一種考慮了吸附，表面?zhèn)髻|(zhì)，內(nèi)擴散的擴散模型得到。假設(shè)內(nèi)擴散是因為孔隙擴散（菲克定律）和表面擴散。表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)由濃度衰減曲線的初始斜率計算得到。比較實驗濃

5、度衰減數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型的數(shù)解，計算出有效擴散系數(shù)。有效孔隙擴散率比水溶液中pcp的分子擴散率大。結(jié)果表明吸附整體速率主要由內(nèi)擴散控制的。此外，內(nèi)擴散主要因為表面擴散，表面?zhèn)髻|(zhì)阻力可以忽略不計。2009 臺灣化學(xué)工程學(xué)院 由 elsevier b.v.出版 保留所有權(quán)利1.簡介因為水對人類很重要，水源中有毒有機化合物引起的污染引起持續(xù)關(guān)注。由于有機氯農(nóng)藥的毒性，它們屬于主要關(guān)注的有機污染物。殺蟲劑廣泛用于阻止,破壞，控制在食物和商品作物中的害蟲。由于這些殺蟲劑是有毒和致癌的，農(nóng)業(yè)生活工業(yè)各種活動中過量使用殺蟲劑，使土壤，大氣，水受到不同的環(huán)境影響。作為一種木材防腐劑和殺菌劑，五氯苯酚（pcp）被廣

6、泛使用。活性炭吸附是從水溶液去除氯代芳香族和有機化合物的最適宜的技術(shù)。因為活性炭的吸附容量大，活性炭吸附已經(jīng)應(yīng)用于去除不同的自然環(huán)境中各種各樣的污染物?；钚蕴孔钪饕膽?yīng)用之一是工業(yè)廢水處理中去除酚醛化合物(jung et al.,2001).mollah and robinson (1996a) and hernandez-orta et al. (2003)研究的是從含瀝青的煤中提取的顆粒活性炭（gac）在水溶液中吸附和解吸pcp。langmuir，freundlich，prausnitzradke, mathewsweber and fritz-schlunder等溫式模型符合實驗達到吸附

7、平衡時的數(shù)據(jù)。在這兩篇論文中，我們注意到 prausnitz-radke 等溫式將這些數(shù)據(jù)解釋的最清楚。此外，這些作者還研究了溶液ph值對吸附的影響，他們指出吸附容量主要取決于溶液ph值。diaz-flores et al. (2006)提出氈和布形式的活性炭纖維（acf）對pcp的吸附性能，并且觀察到吸附容量主要取決于acf的形式與性質(zhì)和溶液的ph。盡管做了大量關(guān)于活性炭吸附pcp的研究，但并沒有過多關(guān)注gac吸附pcp的速率。多孔吸附劑的吸附動力學(xué)通常使用動力學(xué)模型和擴散模型。在這些模型中主要不同的是控制步驟的速率。動力學(xué)模型控制機制的速率假定是溶質(zhì)的表面吸附反應(yīng)的速率，反應(yīng)發(fā)生在吸附劑內(nèi)

8、表面的吸附點。因此，這些模型被稱為動力學(xué)模型。在這些擴散模型中，假如控制速率的機制是發(fā)生在孔隙中的內(nèi)擴散，并且可能是因為孔隙擴散，表面擴散或者這兩種機制的共同作用。mollah and robinson (1996b)和slaney and bhamidimari(1998)分別研究間歇吸附器和固定床吸附器中g(shù)ac對pcp的吸附動力學(xué) 。沒有任何依據(jù)，這些作者假設(shè)表面擴散是控制速率的機制并且是唯一的內(nèi)擴散機制。換句話說，孔隙體積內(nèi)的pcp擴散被忽略了。這個假設(shè)是合理的，這表明表面擴散比孔隙體積擴散對內(nèi)擴散的作用大得多。這篇論文的目標是研究gac對pcp的吸附率，包括內(nèi)擴散和表面?zhèn)髻|(zhì)對pcp整體

9、吸附率的作用。命名a prausnitz-radke 等溫常數(shù)（l/g）b prausnitz-radke 等溫常數(shù)（l/mg）c 平衡狀態(tài)pcp的濃度（mg/l）ca0 溶液中pcp的初始濃度（mg/l）ca 溶液達到平衡狀態(tài)時pcp的最終濃度（mg/l）ca,r 在距離r處孔隙中pcp的濃度（mg/l）ca,r gac(r=r)外表面上的溶液中的pcp濃度（mg/l）dp gac的平均粒徑（cm）daw 稀釋到一定濃度時，pcp的分子擴散率（cm2/s）de,p 有效孔隙擴散率（cm2/s）de,s 有效表面擴散率（cm2/s）ds0 有效表面擴散率方程的常數(shù)（cm2/s）kl 表面?zhèn)髻|(zhì)系

10、數(shù)（cm/s）m gac的質(zhì)量（g）mb 水的分子質(zhì)量（18.02g/mol）n 實驗數(shù)據(jù)的個數(shù)q 單位質(zhì)量的gac吸附的pcp的量（mg/g）qexp 實驗中，每克的gac吸附的pcp的量（mg/g）qpred 等溫模型預(yù)測的單位質(zhì)量的gac吸附的pcp的量（mg/g）q 達到平衡狀態(tài)時單位質(zhì)量的gac吸附的pcp的量（mg/g）r gac的徑向距離 （cm）r 粒徑（cm）s 每單位質(zhì)量的gac的外表面積（cm2/g）t 時間（s）t 絕對溫度（k） v 含有pcp溶液的體積(ml)va 達到沸點時，pcp的摩爾體積(cm3/mol)vp 每單位質(zhì)量的gac的孔隙體積(cm3/g)希臘符號

11、 prausnitz-radke 等溫常數(shù)p gac的孔隙率 溶液中pcp無量綱濃度exp 實驗中，溶液中pcp的無量綱濃度pred 模型預(yù)測的溶液中pcp無量綱濃度 有效表面擴散率的方程的常數(shù)(cm2/s)ub 水的粘度（cp） 水的聯(lián)合參數(shù) gac粒子的密度(g/cm3) 曲折系數(shù)2.擴散模型 大體上，顆粒狀多孔吸附劑的整體吸附率可以用以下步驟的機制描述：（）表面?zhèn)髻|(zhì)（）內(nèi)擴散（）孔內(nèi)活性中心的吸附率（mckay,1995; noll 等人, 1992）。此外，內(nèi)擴散可能是因為孔隙體積擴散，表面擴散或者兩者作用都有（ geankoplis 和 leyva-ramos,1985;noll 等

12、人，1992 ）。 擴散模型的發(fā)展是描述一定的活性炭粒子從恒定體積的水溶液中對pcp的吸附率。模型假設(shè)這個系統(tǒng)包含兩個階段：水溶液和吸附劑粒子。我們也可以假設(shè)內(nèi)擴散是因為孔隙體積擴散和表面擴散。以前的一篇論文 （ geankoplis 和 leyva-ramos, 1985 ）提出了模型方程。這些模型方程和初始，邊界條件如下： （1） （2） （3） （4） （5） （6） 此外，我們假設(shè)吸附中心對pcp的吸附速率是瞬間發(fā)生的。因而，孔隙溶液中的pcp濃度ca,r與孔隙表面吸附的pcp量q間存在局部平衡。吸附平衡可以用吸附等溫式模型的數(shù)值表示： （7）該模型使用pdesol軟件的數(shù)值求解。關(guān)于

13、溶液的更多詳細內(nèi)容可以在以前的論文中找到（ leyva-ramos 等人,2005，2007）。 3.材料與方法3.1顆?；钚蕴?本論文中使用的活性炭是商業(yè)聞名的mg碳并且是由nobrac從含瀝青的煤中制作出來的。碳被篩分成平均粒徑為0.418nm，用蒸餾水洗幾次，在烤箱中以110干燥24h. mg碳紋理特征可以由使用asap2010物理吸附儀的氮氣測定法n2-bet測定。mg碳的表面積，孔隙體積和平均孔徑分別為889m2/g, 0.45cm3/g, 2.02nm,mg碳固體密度為28g/cm3并可用accupic1330物理吸附儀氦比重法測定。mg碳的粒子密度和空隙率分別估計為1.24和0.

14、6g/cm3.3.2水溶液中pcp濃度的測量 水溶液中pcp的濃度可使用島津，型號uv-160的雙光束分光光度計的紫外光譜測量。pcp溶液的吸附量在波長250nm處測量。樣品的pcp濃度是由濃度范圍在0.6到10mg/l五種pcp溶液得到的校準曲線（濃度與吸附量的關(guān)系）估計出來的。由于校準曲線隨ph不同而不同，我們準備了每種不同的ph值的校準曲線。3.3吸附平衡數(shù)據(jù) 將含有pcp的溶液和一定質(zhì)量的gac加入到一個500ml的燒瓶中，把它當作實驗用的間歇吸附器。通過混合0.01m鹽酸和氫氧化鈉到預(yù)定體積，調(diào)整ph為8，10，12，分別在溶液中溶解pcp,得到所有的pcp溶液。將吸附器蓋上橡膠瓶塞

15、以防止任何蒸發(fā)損失。然后將吸附器沉入頂部設(shè)有磁力攪拌器的恒溫水池中，并且用涂有聚四氟乙烯的攪拌棒連續(xù)攪拌溶液。 實驗達到吸附平衡時的數(shù)據(jù)由下述方法得到。將已知pcp的初始濃度和ph為8，10，12的480ml溶液的一部分加入到吸附器中，將預(yù)定質(zhì)量的gac加入到尼龍籃子中并放入到吸附器中。溶液一直與gac接觸直到平衡狀態(tài)，這需要6到8天的時間。溶液ph使用ph計定期測量，若要保持ph恒定，需要加入0.01，0.05，0.1n的鹽酸或氫氧化鈉溶液。增加的鹽酸或氫氧化鈉溶液的總體積被記錄下來在質(zhì)量平衡中考慮。定時采樣溶液，測量每個樣品的pcp濃度。當兩個連續(xù)的樣品濃度沒有變化時就達到了平衡狀態(tài)，吸附

16、的pcp量由pcp質(zhì)量平衡計算。3.4吸附速率的數(shù)據(jù) 溶液中pcp的濃度衰減曲線的數(shù)據(jù)在旋轉(zhuǎn)籃子吸附器實驗中可得到。吸附器由兩個葉片代替兩個籃子的葉輪攪拌，并配備了四個等距離的擋板。其它人文（ leyva-ramos 和 geankoplis,1994 ）介紹了旋轉(zhuǎn)籃子吸附器的形狀。吸附器部分浸入到水池中為了使吸附溶液的溫度保持恒定。 將不含pcp并且ph值為8，10，12的980ml溶液的一部分倒入吸附器中，將一定質(zhì)量的mg碳放入吸附器的籃子中，然后將籃子連接到攪拌器，打開攪拌器的電機，旋轉(zhuǎn)速度分別為50，100，200rpm.定期測量溶液的ph，并且若要保持ph恒定，需要加入0.01，0.

17、05，0.1n的鹽酸或氫氧化鈉溶液，增加的溶液總體積不超過0.25ml.一旦溶液的ph保持不變，關(guān)掉攪拌器，快速加入20ml已知濃度的pcp和給定ph值的溶液,并且立刻打開攪拌器，開始計時。在實驗中，溶液ph像先前描述的保持恒定。吸附劑溶液隔5，30min, 1, 2, 4, 6, 24, 36, 48, 72h各采樣一次。溶液的總體積在采樣后馬上增加同體積的配置溶液來保持恒定。配置溶液的濃度在吸附溶液的pcp初始濃度和平衡濃度之間。分析樣品確定pcp的濃度。 實驗濃度衰減數(shù)據(jù)，pcp濃度與時間的關(guān)系如下以無量綱形式表現(xiàn)出來。 （8） 畫出無量綱濃度與時間的關(guān)系，得到無量綱濃度衰減曲線。 平衡

18、狀態(tài)pcp的最終濃度，可使用下式方程計算得出。 （9） 平衡狀態(tài)吸附的pcp量，可由吸附等溫線估算出來，并取決于v/m比和ca0。如果吸附等溫線取決于粒子大小，會受到粒徑影響。本次研究沒有調(diào)查影響。4.結(jié)果與討論4.1吸附等溫線 以前的一篇論文（hernandez-orta 等人，2003）中研究過一些商業(yè)gacs對pcp的吸附性能，我們發(fā)現(xiàn)mg碳在所有測試的gacs中具有最大的pcp吸附量。這就是這篇論文中選用mg碳的原因。 prausnitz-radke等溫線符合在t=25和ph分別為8，10，12的條件下mg碳對pcp的吸附平衡數(shù)據(jù)。這個模型可由下面方程表示： （10） 等溫式常數(shù)值由基

19、于優(yōu)化算法的最小二乘法估算得到的。如下式計算平均絕對百分偏差%d： （1) 表1 t=25時 prausnitz-radke等溫式的常數(shù) 溶液pha(l/g)b(l/mg)%d8311116.70.881.110559.93.590.95.112755.75.420.890.6 表1顯示的是prausnitz-radke等溫式的常數(shù)值和平絕對百分偏差。由于平均百分偏差低于5.1%，prausnitz-radke等溫式很符合實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和prausnitz-radke等溫線繪制圖1.各種不同類型的商業(yè)gacs和acf對pcp的吸附平衡數(shù)據(jù)已通過prausnitz-radke等溫式（di

20、az-flores 等人，2006；hernandez-orta 等人，2003；mollah 和 robinson；1996a）表示出來。如圖1所示，mg碳對pcp的吸附量隨溶液ph增加而減少。mollah 和 robinson（1996a）與diaz-flores等人(2006)發(fā)表了關(guān)于gacs和acfs對pcp的吸附量類似的結(jié)果。這個影響是因為溶液中pcp分子和gac表面的混合物間相互反應(yīng)。以前的一篇論文（hernandez-orta 等，2003）已經(jīng)討論了mg碳吸附含pcp溶液的ph值，溫度和碳表面特征的影響。 圖1 t=25,溶液ph值對mg碳吸附pcp的影響 線代表的是prau

21、snitz-radke 等溫式（leyva-ramos geankoplis,1994） 4.2表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù) 表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)kl的估計方法是furusawa 和 smith(1973)建議的。這個方法基于初始狀態(tài)為t=0,=ca0和car=0的評價公式（1），將這些值代入公式（1）得到下式方程： （12） 最終項是實驗開始時（t=0）濃度衰減曲線的斜率，斜率使用最初在t=0和t=5min時的兩個數(shù)據(jù)和下式方程計算可得: （13）表2顯示的是kl的值，范圍從0.002到0.009cm/s。這些值都在其他作者（ leyva-ramos 和 geankoplis, 1994; leyva-ramos

22、等人，2005；suzuki 和kawazoe,1975)發(fā)表的旋轉(zhuǎn)籃子吸附器的kl值范圍之內(nèi)。表2 t=25,v=100ml的條件下計算表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)和有效表面擴散率實驗速度（rpm）ca0 (mg/l)m （g）ph(mg/l) (mg/g)kl（cm/s）de,s*1010(cm2/s)1502000.25121442340.0027.621002000.25121442340.0027.632002000.25121432340.0027.642002000.5012932150.0023.552002001.0012251750.0021.662001000.2512502000.00

23、61.97200570.2512171310.0081.282001000.2510462200.0081.892001000.258302810.0092.04.3孔隙擴散 水溶液中pcp分子擴散系數(shù)daw是由wilke 和 ghang一起（reid 等人，1987）估算得到的。 （14） 和va的值分別為2.6和207.9cm3/mol(reid 等人，1987).最終值的估計可使用lebas方法（reid 等人，1987）。在t=25時pcp分子擴散系數(shù)daw=6.9×10-6cm2/s。 使用下式（ leyva-ramos 和 geankoplis, 1994）預(yù)測pcp的有

24、效孔隙擴散系數(shù)： （15） hernandez-orta等人（2003）發(fā)表過mg碳的空隙率p=0.6。mg碳的曲折度實驗中還未確定。然而， leyva-ramos 和 geankoplis, （1994）注意到不同類型的gacs的曲折系數(shù)范圍在1.7到16之間，并且當gac的曲折度未知的情況下建議使用=3.5. leyva-ramos 和 geankoplis,（1994）表明由=3.5計算的de,p值在大多數(shù)情況下是最合理的估計值。因此，mg碳的曲折系數(shù)確定為=3.5。將這些值代入等式（16）得到de,p=1.2×10-6cm2/s.內(nèi)擴散的唯一機制是孔隙擴散，而忽略了表面擴散（

25、de,p0,de,s=0）決定了孔隙擴散對吸附的整體速率的作用。這個模型就是孔隙擴散模型pvdm模型。pcp濃度衰減曲線可以從當de,p=1.2×10-6cm2/s時pvdm模型的數(shù)值解預(yù)測出來。圖2繪制的是實驗3的濃度衰減數(shù)據(jù)和當de,p=1.2×10-6cm2/s時的pvdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線。我們可以清楚的注意到pvdm模型過高估計了實驗的濃度衰減數(shù)據(jù)。這表明pcp的內(nèi)擴散比當de,p=1.2×10-6cm2/s時pvdm預(yù)測的要快得多。圖2 mg碳吸附pcp的濃度衰減曲線，線代表的是pvdm模型預(yù)測的。 t=25 ph=12 pvdm模型唯一的傳質(zhì)參數(shù)

26、是kl和de,p。如先前描述的計算kl值。然后，pvdm模型的數(shù)值解和實驗的濃度衰減數(shù)據(jù)都符合預(yù)測的濃度衰減，以此來計算有效孔隙擴散率de,p。最佳的de,p值是最符合下列客觀函數(shù)計算的實驗數(shù)據(jù)。 （16） 如圖2所示，當de,p=3.8×10-6cm2/s時pvdm模型非常好的解釋了實驗3的數(shù)據(jù)。然而，de,p值比用方程（16）計算的大3倍。這可能暗示了mg碳的曲折度 =1.09，表明mg碳的孔隙幾乎是直的。眾所周知，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，gac的曲折度幾乎不可能為1。komiyama 和 smith（1974）針對于聚合樹脂對甲醛的吸附率發(fā)表過類似的結(jié)果，并討論了內(nèi)擴散是因為

27、孔隙體積擴散和表面擴散。因此，pcp的內(nèi)擴散不僅僅是由于孔隙擴散，同時還發(fā)生了表面擴散。 一些作者（komiyama 和 smith,1974 ;leyva-ramos 和 geankoplis, 1994;leyva-ramos 等人，2005）已經(jīng)證明，方程（16）預(yù)測的de,p值與實驗結(jié)果相當一致。因此，考慮到de,p=1.2×10-6cm2/s能表示mg碳孔隙中pcp的擴散率，這個值就可以用于后面的部分。4.4表面擴散通過假定內(nèi)擴散是由于孔隙擴散和表面擴散（de,p0，de,s=0）可解釋pcp的濃度衰減實驗據(jù)，這個模型叫做孔隙和表面擴散模型pvsdm。在這種情況下，擴散模型

28、的動力學(xué)參數(shù)是kl, de,p,de,s。前兩個可如先前描述的用方程（14）和（16）計算，在這些條件下，de,s是未知的參數(shù)，并且是由pvsdm模型與實驗中使用pvsdm模型的數(shù)解的pcp的濃度衰減曲線相符和來計算的。de,s是符合方程（16）實驗數(shù)據(jù)的最佳值。圖3描繪的是實驗3的pcp實驗濃度衰減曲線和pvsdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線。如圖所示，當de,p=1.2×10-6cm2/s，de,s =7.6×10-10cm2/s時的pvsdm模型非常符合實驗數(shù)據(jù)。表2給出了其他實驗的最佳de,s 值。假設(shè)表面擴散是內(nèi)擴散的唯一機制，擴散模型可以簡化的認為de,s0, de,

29、p=0.這個模型就是sdm模型。sdm模型的de,s最佳值如先前解釋的，可由比較實驗濃度數(shù)據(jù)得到。圖4顯示的是實驗3中的pcp實驗濃度衰減曲線和sdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線。當de,s =15.3×10-10cm2/s時，sdm模型相當好的解釋了實驗數(shù)據(jù)。然而，我們不能認為孔隙體積擴散對pcp的內(nèi)擴散沒有影響。圖4描繪的是使用de,s =7.6×10-10cm2/s（pvsdm模型得到的de,s最佳值）sdm模型預(yù)測到的濃度衰減曲線。正如預(yù)測的sdm模型過高估計了實驗3的實驗數(shù)據(jù)。圖3 mg碳吸附pcp的濃度衰減曲線，線代表的是實驗3中pvsdm模型預(yù)測的。ph=12 t=

30、25 圖4 mg碳吸附pcp的濃度衰減曲線，線代表的是實驗3中sdm模型預(yù)測的。 ph=12 t=25 由于在sdm模型中，表面擴散是唯一的擴散機制。強調(diào)pvsdm模型的de,s值不同與sdm模型的de,s值，這點很重要。換句話說，sdm模型的de,s總比pvsdm模型的de,s大。pvsdm模型得到的de,s值的范圍在1.2×10-12到7.6×10-10cm2/s之間。關(guān)于gac上五氯苯酚的吸附動力學(xué)（mollah 和 robinson，1996b），殺蟲劑（baup 等，2000），紅染料（mckay 和 al-duri,1991），酸性染料藍-80（choy 等人，

31、2004）提出這個范圍部分位于de,s值（1.3×10-10到9.9×10-11cm2/s）范圍內(nèi)。圖5 ph=12 t=25 實驗1，2，3 中表面?zhèn)髻|(zhì)對pcp濃度衰減的影響 圖6 ph=12 t=25 實驗3中表面?zhèn)髻|(zhì)對pcp濃度衰減的影響4.5表面?zhèn)髻|(zhì)的重要性 旋轉(zhuǎn)籃子吸附器中的pcp表面?zhèn)髻|(zhì)取決于攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度。圖5顯示的是旋轉(zhuǎn)速度分別為50，100和200rpm的實驗1-3的pcp實驗濃度衰減數(shù)據(jù)。這三個實驗的實驗數(shù)據(jù)幾乎重疊，以致于表面?zhèn)髻|(zhì)對吸附整體速率沒有影響。因此，其他實驗操做的旋轉(zhuǎn)速度是200rpm. 通過預(yù)測pvsdm模型的pcp濃度衰減曲線和表面?zhèn)髻|(zhì)

32、系數(shù)的一些值kl，我們可以調(diào)查表面?zhèn)髻|(zhì)的重要性。在這種情況下，pvsdm模型的de,p=1.2×10-6cm2/s，最佳de,s值，kl為0.001，0.005和0.01cm/s。kl值在0.001到0.01之間，因為其他文獻和這篇論文表示旋轉(zhuǎn)籃子吸附器的kl值通常在0.001到0.01之間。圖6描繪的實驗3的實驗濃度衰減數(shù)據(jù)和pvsdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線，我們可以注意到pvsdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線幾乎與kl（0.001，0.005，0.010cm/s）重疊。盡管表面?zhèn)髻|(zhì)增加了十倍，pcp的整體吸附率不會受到影響。然而，內(nèi)擴散控制了gac上pcp的整體吸附率，表面?zhèn)髻|(zhì)阻力可忽

33、略不計。4.6平衡狀態(tài)時吸附的pcp量對表面擴散的影響平衡狀態(tài)時吸附的pcp量,對表面擴散的影響是在相同的條件下（除了pcp的初始條件和gac的量不同）操作這些實驗調(diào)查出來的。在這這些條件下，每個實驗的都一樣.圖7描繪的是實驗3,4,5的pcp實驗濃度衰減數(shù)據(jù)。這些實驗在相同的實驗條件下操作，除了gac的量不同，gac的量分別為0.25，0.50，1.00g，相應(yīng)平衡狀態(tài)時pcp的最終濃度ca分別為142.8，93.4和25.4mg/l.正如預(yù)期的，gac的量減少，ca減小。前文所述gac的量增加，吸附更多的pcp，可以解釋這種影響。圖7顯示的是實驗3，4，5的pvsdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線

34、和實驗數(shù)據(jù)。我們可以觀察到pvsdm模型正好解釋了實驗數(shù)據(jù)。圖7 對于不同質(zhì)量的gac，pcp的平衡吸附量對濃度衰減的影響 線代表的是ph=12 t=25 實驗3，4，5中pvsdm模型預(yù)測的 另一種得到不同的方法是在pcp不同初始濃度ca0的條件下操作實驗。實驗3，6，7是在相同的條件下操作的，除了ca0的值分別為200，100，57mg/l，ca 值分別為142.8，50.5和17.5mg/l.在這種情況下，當ca 減小，減小，原因是隨著ca0減小，吸附的pcp量也減小。圖8描繪的是實驗3，6，7的實驗濃度衰減數(shù)據(jù)和pvsdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線。圖中所示，pvsdm模型非常好的解釋了實

35、驗數(shù)據(jù)。 mollah 和 robinson(1996b)與choy 等人（2004）也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了de,s取決于pcp的平衡吸附量，并提出下列關(guān)系： （17）用這個方程可以解出pvsdm模型得到的de,s實驗值。采用最小乘法計算方程常數(shù)ds0和。圖9以de,s與的線性形式顯示了de,s實驗值和上式方程的關(guān)系。圖中所示，pcp的平衡吸附量增大，表面擴散增大，這是因為gac大力異構(gòu)表面和在吸附中心與中心吸附的pcp分子間的相互作用。剛開始由于gac具有高的吸附能，pcp吸附在這些部位，但表面流動性很低。隨著表面覆蓋增大，這些部位以更低能量吸附pcp，吸附的pcp表面流動性更大。圖8 對于pcp不同

36、的初始濃度,pcp的平衡吸附量對濃度衰減的影響 線代表的是ph=12 t=25 實驗3，6，7中pvsdm模型預(yù)測的4.7溶液ph值對表面擴散的影響溶液ph值對表面擴散影響的研究是在ph為8，10，12的條件下控制實驗吸附率。圖10描繪實驗8，9，10的濃度衰減曲線和pvsdm模型預(yù)測的濃度衰減曲線。在不同的ph值下，pvsdm模型預(yù)測的與實驗濃度衰減數(shù)據(jù)非常符合。溶液ph值為8，10，12的de,s分別為2.0×10-10，1.8×10-10，1.9×10-10cm2/s。因而，表面擴散不取決于溶液ph值。圖9 ph=12 t=25 pcp的平衡吸附量對有效表面

37、擴散率的影響圖10 溶液ph值對pcp濃度衰減的影響 線代表的是t=25,實驗6，8，9中pvsdm模型預(yù)測的5.結(jié)論 gac對pcp的整體吸附率不取決于表面?zhèn)髻|(zhì)。三種模型解釋了整體吸附速率，這些模型認為內(nèi)擴散控制了整體吸附率。這三種模型都與實驗數(shù)據(jù)非常符合。但是兩種模型的動力學(xué)參數(shù)都沒有物理意義。 第一種模型假設(shè)內(nèi)擴散是由孔隙擴散pvdm模型控制的。結(jié)果顯示，這個模型與實驗數(shù)據(jù)非常符合，但de,p沒有物理意義。因為這些值幾乎與水中pcp的分子擴散系數(shù)一樣。這個結(jié)果與曲折度的概念無關(guān)。 在模型2中，內(nèi)擴散是因為孔隙擴散和表面擴散,pvsdm模型。在這個模型中，曲折系數(shù)模型和使用gacs推薦的曲

38、折系數(shù)3.5來計算de,p。通過pvsdm模型與實驗數(shù)據(jù)相符和來計算de,s.pvsdm模型的de,s值,隨著pcp的平衡吸附量的增大而顯著的增大，但不取決于溶液的ph。 模型3,smd假設(shè)在gac吸附期間,表面擴散了控制pcp的內(nèi)擴散。sdm模型唯一的缺陷是毫無理由地忽略了孔隙擴散。參考文獻baup, s., c.jaffre, d. wolbert, and a. laplanche, “adsorption of pesticides onto granular activated carbon: determination of surface diffusivities using

39、simple batch experiments,” adsorption, 6, 219 (2000).choy, k. k. h., j. f. porter, and g. mckay, “film-surface diffusion during the adsorption of acid dyes onto activated carbon,” j. chem. technol. biotechnol., 79, 1181 (2004).diaz-flores, p. e., r. leyva-ramos, r. m. guerrero-coronado, and j.mendoz

40、a-barron,“adsorption of pentachlorophenol from aqueous solution onto activated carbon fiber,” ind. eng. chem. res., 45, 330 (2006).furusawa, t. and j. m. smith, “fluid-particle and intraparticle mass transport rates in slurries,” ind. eng. chem. fundam., 12, 197 (1973).geankoplis, c. j. and r. leyva

41、-ramos, “model simulation and analysis of surface diffusion of liquids in porous solids,” chem. eng. sci., 40 (5), 799 (1985).hernandez-orta, m. m. g., j. mendoza-barron, r. m. guerrero-coronado, and r. leyva-ramos, “adsorcion de pentaclorofenol en solucion acuosa sobre carbones activados comerciale

42、s,” rev. int. contam. ambient., 19 (3), 135 (2003).jung, m. w., k. h. anh, k. y. lee, k. p. kim, j. s. rhee, j. t. park, and k. j. paeng,“adsorption characteristics of phenol and chlorophenols on granular activated carbons (gac),” microchem. j., 70, 123 (2001).komiyama, h. and j. m. smith, “surface

43、diffusion in liquid-filled pores,” aiche j., 20,1110 (1974).leyva-ramos, r. and c. j. geankoplis, “diffusion in liquid filled pores of activated carbon. i: pore volume diffusion,” can. j. chem. eng., 72, 262 (1994).leyva-ramos, r., j. r. rangel-mendez, l. a. bernal-jacome, and m. s. berber mendoza,“

44、intraparticle diffusion of cadmium and zinc ions during adsorption from aqueous solution on activated carbon,” j. chem. technol. biotechnol., 80 (8), 924(2005).leyva-ramos, r., p. e. diaz-flores, j. leyva-ramos, and r. a. femat-flores, “kinetic modeling of pentachlorophenol adsorption from aqueous s

45、olution on activated carbon fibers，” carbon, 45 (11), 2280 (2007).mckay, g., use of adsorbents for the removal of pollutants from wastewaters, crc press,new york, usa (1995).mckay, g. and b. al-duri, “multicomponent dye adsorption onto carbon using a solid diffusion mass transfer model,” ind. eng. c

46、hem. res., 30, 385 (1991).mollah, a. h. and c. w. robinson, “pentachlorophenol adsorption and desorption characteristics of granular activated carbon-i. isotherms,”water res., 30 (12),2901 (1996a).mollah, a. h. and c. w. robinson, “pentachlorophenol adsorption and desorption characteristics of granular activated carbon-ii. kinetics,” water res., 30 (12), 2907 (1996b).noll, k