第四期原稿08級中文模板段

1、Article001鋸末熱解炭的氯化銨微波改性及吸附 4-氯苯酚段（08 級本科生）龍（08 級本科生）（08 級本科生）指導(dǎo)： ”: duan313本文主要從鋸末熱解炭先通過氯化銨浸漬，然后微波制得改性活性炭，研究其對4-氯苯酚的靜態(tài)吸附性能，希望通過本文的研究，提高熱解炭的應(yīng)用范 圍。摘要本文用氯化銨微波改性鋸末熱解炭作為吸附劑， 研究了其對 4-氯苯酚的吸附行為。通過研究溫度、pH 和鹽度對吸附的影響。結(jié)果表明溫度升高，吸附量增 大，說明該吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。pH8 時(shí)，對吸附影響大；pH8 時(shí)，對吸附無影響。隨鹽濃度增加， 吸附量稍有下降。吸對平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力學(xué)模型分析，表明該吸附過程

2、可以用 Freundlich 等溫模型描述。通過對吸附動(dòng)力學(xué)過程的分析可知：吸附分為快2 材料和方法2.1 試劑氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硫酸鈉、氯化銨、4-氯苯酚為分析純。2.2 實(shí)驗(yàn)儀器SX-4-10 箱式電阻爐（上海實(shí)驗(yàn)電爐廠） 國華企業(yè) SHZ-82 恒溫振蕩器752 紫外可見分光光度計(jì)（上海第三分析儀器廠）速和慢速兩個(gè)階段，符合準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)模型。吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究表明，氯化銨改性活性炭吸附 4-氯苯酚以物理吸附為主。： 氯化銨， 鋸末熱解炭， 吸附， 等溫， 動(dòng)力學(xué)PHS-2F 數(shù)字PH 計(jì)（上海精密儀器2.3 吸附劑鋸末熱解炭來自鄭州大學(xué)環(huán)境科學(xué)）1 前言氯酚類污染物雖然

3、大多數(shù)在水中含量甚微，但對。用氯化銨微波改性鋸末熱解炭，優(yōu)化的條件為：微波功率 中火 380W，微波時(shí)間 6min，固液比 12，浸漬濃度16.7%。2.4 實(shí)驗(yàn)方法取一批 50mL 的錐形瓶，準(zhǔn)確稱量 0.0150g 的吸附劑，分別加入 10.00 mL 不同濃度的 4-氯苯酚溶液，密封，放入恒溫振蕩器中，在一定速度下振蕩，取出過濾， 用紫外可見分光光度計(jì)在最大吸收波長（ 225 nm）處測定上清液中 4-氯苯酚的濃度，通過吸附前后人類的危害卻很大。此類廢水，各種處理新技術(shù)新方法層出不窮， 如生物法， 還原法、電化學(xué)氧化法、超聲空化法、光化學(xué)氧化法以及物化-生物處理法等， 但以上每法都存在這

4、樣或那樣的缺陷，如處理費(fèi)用高、操作復(fù)雜，有副產(chǎn)物產(chǎn)生、只針對某類特定廢水等， 從而在實(shí)際應(yīng)用中受到各種限制。因此考慮用吸附劑去除水中的氯酚。但存在的問 題就是反應(yīng)使用的吸附劑經(jīng)常需要再生，使吸附過程 不便且昂貴?；钚蕴渴亲顝V泛的用于除去廢水中污染物的吸附 劑。這是由于它的大的比表面積、微孔結(jié)構(gòu)、極高的 吸附能力和高度的表面活性。然而商業(yè)可用活性炭是 非常昂貴的，質(zhì)量越好價(jià)錢越貴，因此用其處理廢水濃度差計(jì)算質(zhì)量改性炭的吸附量及去除率。qe= (C0-C) ×V/Wp（%）= (C0-C) /C0 ×100%式中：qe 吸附量/(mg·g -1) ；C0吸附前 4-氯

5、苯酚濃度/(mg·L -1)； C吸附后 4-氯苯酚濃度/(mg·L -1)； V溶液體積/(L)；W吸附劑質(zhì)量/(g)。P去除率(1)(2)是不的1。這就導(dǎo)致了尋找新型活性炭作為替代現(xiàn)有的活性炭的研究。生物質(zhì)熱解生物油或熱解氣的過程中產(chǎn)生固體殘?jiān)鼰峤馓?，可以作為或土壤調(diào)理劑。開發(fā)熱解炭的， 是值得研究的課題。熱解炭富含炭，將其用作吸附劑，效果差。需要用改性的方法改 變炭表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。微波改性就是一種近年來3 結(jié)果與討論3.1 溶液 pH 對吸附的影響溶液pH對吸附的影響如圖1所示。由圖1，pH在2- 8范圍內(nèi)，pH對吸附?jīng)]有影響。當(dāng)pH8時(shí)，隨pH增大比較流行的改性

6、方式。微波加熱擇性強(qiáng)、可直接作用到樣品上等特點(diǎn)。熱速度快、選Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.Article001qe變小。熱解炭的等電點(diǎn)pH為6.8，經(jīng)氯化銨活化改性后變?yōu)?.0，4-氯苯酚的pKa為8.9。結(jié)果說明，吸附劑表面是電荷的性質(zhì)對吸附影響不大，當(dāng)吸附質(zhì)以時(shí)間對吸附量的影響如圖 3 所示。30子形式存在時(shí)，吸附量下降。說明中性的吸附。有利于28262422340.5520293K303K313K吸附量去除率32180.5030160.45142812260.40102480

7、.35010020030040050060070022t/min200.301824681012Figure 3. 吸附量隨時(shí)間變化圖pH圖 3 可以看出，隨著吸附時(shí)間增加，吸附量 qe 值增加，升高溫度，吸附量增大。改性活性炭吸附 4-氯苯酚 400min 達(dá)到平衡。吸附速率在前 100min 內(nèi)最大，100min-250min 接近吸附平衡。說明吸附包含了三個(gè)過程：膜擴(kuò)散（即顆粒外部擴(kuò)散）、顆粒內(nèi)部擴(kuò)散 和吸附平衡（細(xì)孔或中孔的內(nèi)表面）。準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)方程Figure 1. qe 和去除率-pH 雙 Y 圖4-氯苯酚原溶液 pH 為 5.83，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)不需調(diào)節(jié)酸度。3.2 鹽濃度對吸附的影

8、響鹽濃度的影響如圖 2 所示。lg(qe qt)=lgqek1t/2.303動(dòng)力學(xué)方程5t/ qt=1/ k2 qe2+t/qe(3)由圖 2 可知，隨鹽度濃度增大，吸附量 qe 少準(zhǔn)量減小，并趨近于平衡。隨 Na2SO4 濃度增大，吸(4)附量也是稍有下降。結(jié)果說明離子交換或靜電引力不是主要的吸附機(jī)理。式中：qe 為平衡吸附量，k1 和 k2 分別為準(zhǔn)一級和速率常數(shù)。采用線性回歸對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)準(zhǔn)果列于表 1。Table 1. 三種動(dòng)力學(xué)模型線性擬合常數(shù)25293K303K313K20準(zhǔn)一級常數(shù)表qe,exp / (mg/g) qe,cal/ (mg/g) k1 / (1/h)R1526.

9、1823.150.510-0.88126.9917.410.406-0.92328.2913.070.383-0.896105準(zhǔn)常數(shù)表00.000.050.10C/( mg·L -1)0.150.20qe,cal / (mg/g) k2 /(g/mg·h) RElovich常數(shù)表R27.980.03770.99128.430.04660.99829.120.06810.996Figure 2. 鹽濃度對吸附的影響3.3 吸附時(shí)間的影響2.4790.2260.9703.540.2320.98811.340.2610.964Undergrad. Chem. Commun. 20

10、10, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.去除率-1qe/(mg·g )-1qe/(mg·g )qe/( mg·g -1)NaCl Na2SO4Article001通過對比R及實(shí)驗(yàn)所得吸附量與計(jì)算所得吸附量之差。程。從椰子殼吸附動(dòng)力學(xué)模型更適合于該吸附過50炭吸附2-氯苯酚2,活性炭吸附2,4-二氯苯酚3和藤鋸末活性炭吸附4-氯苯酚4都可以看到類似的吸附動(dòng)力學(xué)。4030293K303K313K3.4 吸附等溫線不同平衡濃度下的吸附量變化如圖 4 所示。隨初始濃度、溫度升高，吸附量也增大。擬合等溫?cái)?shù)據(jù)到不 同的等溫模型

11、是尋找能用于設(shè)計(jì)目的的合適的模型的2010重要步驟5。最常用的模型是用于描述吸附量和平0020406080100120衡濃度關(guān)系的 Langmuir 等溫式和 Freundlich 等溫式。1) Langmuir 等溫式線性形式6:Ce/( mg·L -1)Ce/qe=(1/qm)Ce+1/KLqe(5)Figure 4. 吸附等溫線 Ce-qe 圖3.5 熱力學(xué)常數(shù)吸附劑的吸附過程看作可逆過程，其表觀吸附平衡常數(shù)(或稱為分布系數(shù))Kc 可用式 (7) 表示：式中：Ce (mg/L)吸附質(zhì)的平衡濃度，qe (mg/g)吸附劑平衡吸附量，qm(mg/g)為最大吸附量，KL為吸附平衡常數(shù)

12、。2) Freundlich 等溫式線性形式為7：log qe=(1/n)logCe+logKF(6)Kc=Cad,e/Ce(7)式中：Ce (mg/L)是吸附物的平衡濃度，qe (mg/g)是其中：Cad,e 為平衡時(shí)吸附劑上吸附質(zhì)的濃度(mol·L - 1 )，Ce 為平衡時(shí)溶液中吸附質(zhì)的濃度( mol·L 1) ，濃度代替活度求 Kc。將 Kc 的值代入式(8), 可計(jì)算出 G 值。吸附量, K (mg/g (L/mg) 1/n) 和 n 是 Freundlich 常F數(shù)。Table 2.兩種等溫模型線性擬合常數(shù)G = RTlnKc(8)293K303K313K式(8

13、)中，G 是自由能變(J·mol - 1 )，R 是氣體常數(shù)(8.314J·mol -1·K -1)，T 是絕對溫度(K)，Kc 是吸附平衡常數(shù)。由 Vant Hoff 方程式對 G-T 進(jìn)行線性回歸,可得到直線的斜率和截距，從而求得反應(yīng)的 H( J·mol - 1 )和LangmuirKL0.01010.01170.0105m/ mg·g -1q79.8782.4484.60S(J·mol - 1·K看作常數(shù)。- 1 )，H 和 S 基本不隨溫度而變化，可R0.9890.9880.911G = HTS(9)Freundli

14、chTable 3.熱力學(xué)常數(shù)表 KF1.2621.5281.377T/K293303313n1.3091.3361.306R0.9950.9950.980G/(kJ·mol-1)-0.57-1.07-0.83由表 2 看出，最大吸附量qm 隨溫度增加而增大。H/(kJ·mol-1)）3.12比較兩種模型下的 R，可知 Freundlich 等溫模型更適合于平衡吸附過程。S/(kJ·mol-1·K -1)0.013由 G，H 及S 的正負(fù)及大小，可知反應(yīng)為自發(fā)、吸熱、熵增、以物理吸附為主的反應(yīng)。4 結(jié)論由以上實(shí)驗(yàn)可以得到氯化銨微波改性鋸末熱解炭對4-氯苯

15、酚的吸附規(guī)律： 303K時(shí)， pH在2-8范圍內(nèi)對吸附無影響，pH8，隨pH增大，吸附量明顯下降；隨鹽濃度增加，吸附量稍有下降；在吸附等溫線中，隨吸附質(zhì)初始濃度、溫度增加，qe逐漸增大；平衡Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.-1qe/(mg·g )Article001吸附過程符合Freundlich等溫方程，準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)方程可用以擬合動(dòng)力學(xué)過程。該吸附以物理吸附為主，是 個(gè)自發(fā)、吸熱、熵增的過程。感謝在此，我要衷心感謝導(dǎo)師教授給予的指導(dǎo)與督促。引導(dǎo)我不斷開闊思路，為我答疑解惑，鼓

16、勵(lì)我大膽創(chuàng)新，使我在這一段寶貴的時(shí)光中， 既增長了知識、開闊了視野、鍛煉了心態(tài)，又培養(yǎng)了 良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和科研精神。感謝他為學(xué)生營造的濃 郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助!值此完成之際，謹(jǐn)向致以最崇高的謝意!參考文獻(xiàn)1 T.C. Chandra,M.M.Mirna, Y. Sudaryanto, S. Ismadji, Activated carbon from durian shell: Preparation and characterization.Chem. Eng. 127 (2007) 1211292 C. Namasivayam, D. Kavitha, Adsorptiv

17、e removal of 2-chlorophenol by low-cost coir pith carbon. Hazard. Mater. B98 (2003) 2572743 J.P. Wang, H.M. Feng, H.Q. Yu, Analysis of adsorption characteristics of 2,4-dichlorophenol from aqueous solutions by activated carbon fiber.Hazard. Mater. 144 (2007) 2002074 B.H. Hameed, L.H. Chin, S. Rengaraj, Adsorption of 4-chlorophenol onto activated carbon prepared from rattan sawdust. Desalination 225 (2008) 1851985 M. El-Guendi, Adsorpt. Homogeneous surface diffusion mofbasic dyestuffs onto natural clay in batch adsorbers. Technol. 8 (2) (1991) 2172256 T.W. Weber, R.K. Chakkravorti,