顆粒活性炭吸附五氯苯酚的動(dòng)力學(xué)過(guò)程

1、顆?；钚蕴课轿迓缺椒拥膭?dòng)力學(xué)過(guò)程論文信息： 論文歷史:接收于2009.4.22 關(guān)鍵字：活性炭 吸附速率 五氯苯酚 表面擴(kuò)散摘要這篇論文是研究顆粒活性炭(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?cái)?shù)據(jù)和PrausnitzRadke等溫式都與平衡時(shí)的數(shù)據(jù)非常符合。旋轉(zhuǎn)籃子間歇吸附器實(shí)驗(yàn)得到濃度衰減數(shù)據(jù)，這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以由一種考慮了吸附，表面?zhèn)髻|(zhì)，內(nèi)擴(kuò)散的擴(kuò)散模型得到。假設(shè)內(nèi)擴(kuò)散是因?yàn)榭紫稊U(kuò)散（菲克定律）和表面擴(kuò)散。表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)由濃度衰減曲線的初始斜率計(jì)算得到。比較實(shí)驗(yàn)濃度衰減數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型的數(shù)解，計(jì)算出有效擴(kuò)散系數(shù)。有效孔隙擴(kuò)散率比水溶液中PCP的分子擴(kuò)散率大

2、。結(jié)果表明吸附整體速率主要由內(nèi)擴(kuò)散控制的。此外，內(nèi)擴(kuò)散主要因?yàn)楸砻鏀U(kuò)散，表面?zhèn)髻|(zhì)阻力可以忽略不計(jì)。2009 臺(tái)灣化學(xué)工程學(xué)院 由Elsevier B.V.出版 保留所有權(quán)利1.簡(jiǎn)介因?yàn)樗畬?duì)人類很重要，水源中有毒有機(jī)化合物引起的污染引起持續(xù)關(guān)注。由于有機(jī)氯農(nóng)藥的毒性，它們屬于主要關(guān)注的有機(jī)污染物。殺蟲(chóng)劑廣泛用于阻止,破壞，控制在食物和商品作物中的害蟲(chóng)。由于這些殺蟲(chóng)劑是有毒和致癌的，農(nóng)業(yè)生活工業(yè)各種活動(dòng)中過(guò)量使用殺蟲(chóng)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）被廣泛使用?；钚蕴课绞菑乃芤喝コ却枷阕搴陀袡C(jī)化合物的最適宜的技術(shù)。因?yàn)榛钚蕴康奈饺萘看螅?/p>

3、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?；钚蕴浚℅AC）在水溶液中吸附和解吸PCP。Langmuir，F(xiàn)reundlich，PrausnitzRadke, MathewsWeber and Fritz-Schlunder等溫式模型符合實(shí)驗(yàn)達(dá)到吸附平衡時(shí)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

4、的最清楚。此外，這些作者還研究了溶液PH值對(duì)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(duì)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(méi)有過(guò)多關(guān)注GAC吸附PCP的速率。多孔吸附劑的吸附動(dòng)力學(xué)通常使用動(dòng)力學(xué)模型和擴(kuò)散模型。在這些模型中主要不同的是控制步驟的速率。動(dòng)力學(xué)模型控制機(jī)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)表面的吸附點(diǎn)。因此，這些模型被稱為動(dòng)力學(xué)模型。在這些擴(kuò)散模型中，假如控制速率的機(jī)制是發(fā)生在孔隙

5、中的內(nèi)擴(kuò)散，并且可能是因?yàn)榭紫稊U(kuò)散，表面擴(kuò)散或者這兩種機(jī)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GAC對(duì)PCP的吸附動(dòng)力學(xué) 。沒(méi)有任何依據(jù)，這些作者假設(shè)表面擴(kuò)散是控制速率的機(jī)制并且是唯一的內(nèi)擴(kuò)散機(jī)制。換句話說(shuō)，孔隙體積內(nèi)的PCP擴(kuò)散被忽略了。這個(gè)假設(shè)是合理的，這表明表面擴(kuò)散比孔隙體積擴(kuò)散對(duì)內(nèi)擴(kuò)散的作用大得多。這篇論文的目標(biāo)是研究GAC對(duì)PCP的吸附率，包括內(nèi)擴(kuò)散和表面?zhèn)髻|(zhì)對(duì)PCP整體吸附率的作用。命名a Prausnitz-Radke 等溫常數(shù)（L/g）b Prausnitz

6、-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(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)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(shí)，PCP的分子擴(kuò)散率（cm2/s）De,p 有效孔隙擴(kuò)散率（cm2/s）De,s 有效表面擴(kuò)散率（cm2/s）DS0 有效表面擴(kuò)散率方程的常數(shù)（cm2/s）kL 表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)（cm/s）m GAC的質(zhì)量（g）MB 水的分子質(zhì)量（18.02g/mol）N 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的個(gè)

7、數(shù)q 單位質(zhì)量的GAC吸附的PCP的量（mg/g）qexp實(shí)驗(yàn)中，每克的GAC吸附的PCP的量（mg/g）qpred 等溫模型預(yù)測(cè)的單位質(zhì)量的GAC吸附的PCP的量（mg/g）q 達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)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(shí)間（s）T 絕對(duì)溫度（K） V 含有PCP溶液的體積(mL)VA 達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，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(hào)Prausnitz-Radke 等溫常數(shù)p GAC的孔隙率 溶液中PCP無(wú)量綱濃度exp 實(shí)驗(yàn)中

8、，溶液中PCP的無(wú)量綱濃度pred 模型預(yù)測(cè)的溶液中PCP無(wú)量綱濃度 有效表面擴(kuò)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(kuò)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(jī)制描述：（）表面?zhèn)髻|(zhì)（）內(nèi)擴(kuò)散（）孔內(nèi)活性中心的吸附率（McKay,1995; Noll 等人, 1992）。此外，內(nèi)擴(kuò)散可能是因?yàn)榭紫扼w積擴(kuò)散，表面擴(kuò)散或者兩者作用都有（ Geankoplis 和 Leyva-Ramos,1985;Noll 等人，1992 ）。 擴(kuò)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(duì)PCP的吸附率。模型

9、假設(shè)這個(gè)系統(tǒng)包含兩個(gè)階段：水溶液和吸附劑粒子。我們也可以假設(shè)內(nèi)擴(kuò)散是因?yàn)榭紫扼w積擴(kuò)散和表面擴(kuò)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(duì)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)于溶液的更多詳細(xì)內(nèi)容可以在以前的論文中找到（ Leyva-Ramos 等人,2005，2007）。3.

10、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(lái)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?dú)鉁y(cè)定法N2-BET測(cè)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(cè)定。MG碳的粒子密度和空隙率分別估計(jì)為1.24和0.6g/cm3.3.2水溶液中PCP濃度的測(cè)量 水溶液中PCP的濃度可使用島津，型號(hào)UV-160的雙光束

11、分光光度計(jì)的紫外光譜測(cè)量。PCP溶液的吸附量在波長(zhǎng)250nm處測(cè)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(zhǔn)曲線（濃度與吸附量的關(guān)系）估計(jì)出來(lái)的。由于校準(zhǔn)曲線隨PH不同而不同，我們準(zhǔn)備了每種不同的PH值的校準(zhǔn)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(gè)500ml的燒瓶中，把它當(dāng)作實(shí)驗(yàn)用的間歇吸附器。通過(guò)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

12、拌溶液。 實(shí)驗(yàn)達(dá)到吸附平衡時(shí)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(shí)間。溶液PH使用PH計(jì)定期測(cè)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(lái)在質(zhì)量平衡中考慮。定時(shí)采樣溶液，測(cè)量每個(gè)樣品的PCP濃度。當(dāng)兩個(gè)連續(xù)的樣品濃度沒(méi)有變化時(shí)就達(dá)到了平衡狀態(tài)，吸附的PCP量由PCP質(zhì)量平衡計(jì)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

13、實(shí)驗(yàn)中可得到。吸附器由兩個(gè)葉片代替兩個(gè)籃子的葉輪攪拌，并配備了四個(gè)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(kāi)攪拌器的電機(jī)，旋轉(zhuǎn)速度分別為50，100，200rpm.定期測(cè)量溶液的PH，并且若要保持PH恒定，需要加入0.01，0.05，0.1N的鹽酸或氫氧化鈉溶液，增加的溶液總體積不超過(guò)0.25ml.一旦溶液的PH保持不變，關(guān)掉攪拌

14、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(kāi)攪拌器，開(kāi)始計(jì)時(shí)。在實(shí)驗(yàn)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(lái)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(shí)驗(yàn)濃度衰減數(shù)據(jù)，PCP濃度與時(shí)間的關(guān)系如下以無(wú)量綱形式表現(xiàn)出來(lái)。 （8）畫(huà)出無(wú)量綱濃度與時(shí)間的關(guān)系，得到無(wú)量綱濃度衰減曲線。 平衡狀態(tài)PCP的最終濃度，可使用下式方程計(jì)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(lái)，并

15、取決于v/m比和CA0。如果吸附等溫線取決于粒子大小，會(huì)受到粒徑影響。本次研究沒(méi)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(guò)一些商業(yè)GACS對(duì)PCP的吸附性能，我們發(fā)現(xiàn)MG碳在所有測(cè)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(duì)PCP的吸附平衡數(shù)據(jù)。這個(gè)模型可由下面方程表示： （10） 等溫式常數(shù)值由基于優(yōu)化算法的最小二乘法估算得到的。如下式計(jì)算平均絕對(duì)百分偏差%D： （1) 表1 T=25時(shí) Prausni

16、tz-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(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(duì)PCP的吸附平衡數(shù)據(jù)已通過(guò)Prausnitz-Radke等溫式（Diaz-Flores 等人，2006；Hernandez-Orta 等人，2003；Mollah 和 Robin

17、son；1996a）表示出來(lái)。如圖1所示，MG碳對(duì)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(duì)PCP的吸附量類似的結(jié)果。這個(gè)影響是因?yàn)槿芤褐蠵CP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(duì)MG碳吸附PCP的影響 線代表的是Prausnitz-Radke 等溫式（Leyva-RamosGeankoplis,1994）4.2表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)表面?zhèn)?/p>

18、質(zhì)系數(shù)KL的估計(jì)方法是Furusawa 和 Smith(1973)建議的。這個(gè)方法基于初始狀態(tài)為t=0,=CA0和CAR=0的評(píng)價(jià)公式（1），將這些值代入公式（1）得到下式方程： （12）最終項(xiàng)是實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（t=0）濃度衰減曲線的斜率，斜率使用最初在t=0和t=5min時(shí)的兩個(gè)數(shù)據(jù)和下式方程計(jì)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 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=100

19、mL的條件下計(jì)算表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)和有效表面擴(kuò)散率實(shí)驗(yàn)速度（rpm）CA0 (mg/L)m （g）PH(mg/L) (mg/g)kL（cm/s）De,s*1010(cm2/s)1502000.25121442340.0027.621002000.25121442340.0027.632002000.25121432340.0027.642002000.5012932150.0023.552002001.0012251750.0021.662001000.2512502000.0061.97200570.2512171310.0081.282001000.2510462200.0081.8920010

20、00.258302810.0092.04.3孔隙擴(kuò)散 水溶液中PCP分子擴(kuò)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(jì)可使用LeBas方法（Reid 等人，1987）。在T=25時(shí)PCP分子擴(kuò)散系數(shù)DAW=6.9×10-6cm2/s。使用下式（ Leyva-Ramos和 Geankoplis, 1994）預(yù)測(cè)PCP的有效孔隙擴(kuò)散系數(shù)： （15） Hernandez-Orta等人（2003）發(fā)表過(guò)MG碳的空隙率P=0.6。MG碳的曲折度實(shí)驗(yàn)中還未

21、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(dāng)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(jì)算的De,p值在大多數(shù)情況下是最合理的估計(jì)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(kuò)散的唯一機(jī)制是孔隙擴(kuò)散，而忽略了表面擴(kuò)散（De,p0,De,s=0）決定了孔隙擴(kuò)散對(duì)吸附的整體速率的作用。這個(gè)模型就是孔隙擴(kuò)散模型PVDM模型。PCP濃度衰減曲線可以從當(dāng)De

22、,p=1.2×10-6cm2/s時(shí)PVDM模型的數(shù)值解預(yù)測(cè)出來(lái)。圖2繪制的是實(shí)驗(yàn)3的濃度衰減數(shù)據(jù)和當(dāng)De,p=1.2×10-6cm2/s時(shí)的PVDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線。我們可以清楚的注意到PVDM模型過(guò)高估計(jì)了實(shí)驗(yàn)的濃度衰減數(shù)據(jù)。這表明PCP的內(nèi)擴(kuò)散比當(dāng)De,p=1.2×10-6cm2/s時(shí)PVDM預(yù)測(cè)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(cè)的。 T=25 PH=12 PVDM模型唯一的傳質(zhì)參數(shù)是kL和De,p。如先前描述的計(jì)算kL值。然后，PVDM模型的數(shù)值解和實(shí)驗(yàn)的濃度衰減數(shù)據(jù)都符合預(yù)測(cè)的濃度衰減，以此來(lái)計(jì)算有效孔隙擴(kuò)散

23、率De,p。最佳的De,p值是最符合下列客觀函數(shù)計(jì)算的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 （16） 如圖2所示，當(dāng)De,p=3.8×10-6cm2/s時(shí)PVDM模型非常好的解釋了實(shí)驗(yàn)3的數(shù)據(jù)。然而，De,p值比用方程（16）計(jì)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(dāng)復(fù)雜，GAC的曲折度幾乎不可能為1。Komiyama 和 Smith（1974）針對(duì)于聚合樹(shù)脂對(duì)甲醛的吸附率發(fā)表過(guò)類似的結(jié)果，并討論了內(nèi)擴(kuò)散是因?yàn)榭紫扼w積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散。因此，PCP的內(nèi)擴(kuò)散不僅僅是由于孔隙擴(kuò)散，同時(shí)還發(fā)生了表面擴(kuò)散。一些作者（Komiyama 和 Smith,

24、1974 ;Leyva-Ramos和 Geankoplis, 1994;Leyva-Ramos 等人，2005）已經(jīng)證明，方程（16）預(yù)測(cè)的De,p值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)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(kuò)散率，這個(gè)值就可以用于后面的部分。4.4表面擴(kuò)散通過(guò)假定內(nèi)擴(kuò)散是由于孔隙擴(kuò)散和表面擴(kuò)散（De,p0，De,s=0）可解釋PCP的濃度衰減實(shí)驗(yàn)據(jù)，這個(gè)模型叫做孔隙和表面擴(kuò)散模型PVSDM。在這種情況下，擴(kuò)散模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)是kL, De,p,De,s。前兩個(gè)可如先前描述的用方程（14）和（16）計(jì)算，在這些條件下，De,s是未知的參數(shù)，并且是由

25、PVSDM模型與實(shí)驗(yàn)中使用PVSDM模型的數(shù)解的PCP的濃度衰減曲線相符和來(lái)計(jì)算的。De,s是符合方程（16）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最佳值。圖3描繪的是實(shí)驗(yàn)3的PCP實(shí)驗(yàn)濃度衰減曲線和PVSDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線。如圖所示，當(dāng)De,p=1.2×10-6cm2/s，De,s =7.6×10-10cm2/s時(shí)的PVSDM模型非常符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表2給出了其他實(shí)驗(yàn)的最佳De,s 值。假設(shè)表面擴(kuò)散是內(nèi)擴(kuò)散的唯一機(jī)制，擴(kuò)散模型可以簡(jiǎn)化的認(rèn)為De,s0, De,p=0.這個(gè)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(shí)驗(yàn)濃度數(shù)據(jù)得到。圖4顯示的是實(shí)驗(yàn)3中的PCP實(shí)驗(yàn)濃度衰

26、減曲線和SDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線。當(dāng)De,s =15.3×10-10cm2/s時(shí)，SDM模型相當(dāng)好的解釋了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。然而，我們不能認(rèn)為孔隙體積擴(kuò)散對(duì)PCP的內(nèi)擴(kuò)散沒(méi)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(cè)到的濃度衰減曲線。正如預(yù)測(cè)的SDM模型過(guò)高估計(jì)了實(shí)驗(yàn)3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖3 MG碳吸附PCP的濃度衰減曲線，線代表的是實(shí)驗(yàn)3中PVSDM模型預(yù)測(cè)的。PH=12 T=25圖4 MG碳吸附PCP的濃度衰減曲線，線代表的是實(shí)驗(yàn)3中SDM模型預(yù)測(cè)的。 PH=12 T=25 由于在SDM模型中，表面擴(kuò)散是唯一

27、的擴(kuò)散機(jī)制。強(qiáng)調(diào)PVSDM模型的De,s值不同與SDM模型的De,s值，這點(diǎn)很重要。換句話說(shuō)，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(dòng)力學(xué)（Mollah 和 Robinson，1996b），殺蟲(chóng)劑（Baup 等，2000），紅染料（Mckay 和 Al-Duri,1991），酸性染料藍(lán)-80（Choy 等人，2004）提出這個(gè)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

28、T=25 實(shí)驗(yàn)1，2，3 中表面?zhèn)髻|(zhì)對(duì)PCP濃度衰減的影響圖6 PH=12 T=25 實(shí)驗(yàn)3中表面?zhèn)髻|(zhì)對(duì)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(shí)驗(yàn)1-3的PCP實(shí)驗(yàn)濃度衰減數(shù)據(jù)。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)幾乎重疊，以致于表面?zhèn)髻|(zhì)對(duì)吸附整體速率沒(méi)有影響。因此，其他實(shí)驗(yàn)操做的旋轉(zhuǎn)速度是200rpm. 通過(guò)預(yù)測(cè)PVSDM模型的PCP濃度衰減曲線和表面?zhèn)髻|(zhì)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

29、，kL為0.001，0.005和0.01cm/s。kL值在0.001到0.01之間，因?yàn)槠渌墨I(xiàn)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(shí)驗(yàn)3的實(shí)驗(yàn)濃度衰減數(shù)據(jù)和PVSDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線，我們可以注意到PVSDM模型預(yù)測(cè)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(huì)受到影響。然而，內(nèi)擴(kuò)散控制了GAC上PCP的整體吸附率，表面?zhèn)髻|(zhì)阻力可忽略不計(jì)。4.6平衡狀態(tài)時(shí)吸附的PCP量對(duì)表面擴(kuò)散的影響平衡狀態(tài)時(shí)吸附的PCP量,對(duì)表面擴(kuò)散的影響是在相同的條件下（除了PCP的初始條件和GA

30、C的量不同）操作這些實(shí)驗(yàn)調(diào)查出來(lái)的。在這這些條件下，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的都一樣.圖7描繪的是實(shí)驗(yàn)3,4,5的PCP實(shí)驗(yàn)濃度衰減數(shù)據(jù)。這些實(shí)驗(yàn)在相同的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)3，4，5的PVSDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們可以觀察到PVSDM模型正好解釋了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖7 對(duì)于不同質(zhì)量的GAC，PCP的平衡吸附量對(duì)濃度衰減的影響 線代表的是PH=

31、12 T=25 實(shí)驗(yàn)3，4，5中PVSDM模型預(yù)測(cè)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(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(dāng)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(shí)驗(yàn)3，6，7的實(shí)驗(yàn)濃度衰減數(shù)據(jù)和PVSDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線。圖中所示，PVSDM模型非常好的解釋了實(shí)驗(yàn)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)

32、系： （17）用這個(gè)方程可以解出PVSDM模型得到的De,s實(shí)驗(yàn)值。采用最小乘法計(jì)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(shí)驗(yàn)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(kuò)散增大，這是因?yàn)镚AC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(kāi)始由于GAC具有高的吸附能，PCP吸附在這些部位，但表面流動(dòng)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(dòng)性更大。圖8 對(duì)于PCP不同的初始濃度,PCP的平衡吸附量對(duì)濃度衰減的影響 線代表的是PH=12 T=25 實(shí)驗(yàn)3，6，7中PVSDM模型預(yù)測(cè)的4.7溶液PH值對(duì)表面擴(kuò)散的

33、影響溶液PH值對(duì)表面擴(kuò)散影響的研究是在PH為8，10，12的條件下控制實(shí)驗(yàn)吸附率。圖10描繪實(shí)驗(yàn)8，9，10的濃度衰減曲線和PVSDM模型預(yù)測(cè)的濃度衰減曲線。在不同的PH值下，PVSDM模型預(yù)測(cè)的與實(shí)驗(yàn)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(kuò)散不取決于溶液PH值。圖9 PH=12 T=25 PCP的平衡吸附量對(duì)有效表面擴(kuò)散率的影響圖10 溶液PH值對(duì)PCP濃度衰減的影響 線代表的是T=25,實(shí)驗(yàn)6，8，9中PVSDM模型預(yù)測(cè)的5.結(jié)論 GAC對(duì)PCP的整體吸附

34、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(rèn)為內(nèi)擴(kuò)散控制了整體吸附率。這三種模型都與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常符合。但是兩種模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)都沒(méi)有物理意義。第一種模型假設(shè)內(nèi)擴(kuò)散是由孔隙擴(kuò)散PVDM模型控制的。結(jié)果顯示，這個(gè)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常符合，但De,p沒(méi)有物理意義。因?yàn)檫@些值幾乎與水中PCP的分子擴(kuò)散系數(shù)一樣。這個(gè)結(jié)果與曲折度的概念無(wú)關(guān)。 在模型2中，內(nèi)擴(kuò)散是因?yàn)榭紫稊U(kuò)散和表面擴(kuò)散,PVSDM模型。在這個(gè)模型中，曲折系數(shù)模型和使用GACS推薦的曲折系數(shù)3.5來(lái)計(jì)算De,p。通過(guò)PVSDM模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符和來(lái)計(jì)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

35、，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(kuò)散了控制PCP的內(nèi)擴(kuò)散。SDM模型唯一的缺陷是毫無(wú)理由地忽略了孔隙擴(kuò)散。參考文獻(xiàn)Baup, S., C.Jaffre, D. Wolbert, and A. Laplanche, “Adsorption of Pesticides onto GranularActivated Carbon: Determination of Surface Diffusivities Using Simple BatchExperiments,”Adsorption, 6, 219 (2000).Choy, K. K. H., J. F. P

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