活性炭从水溶液中去除溶剂缩酮

　　缩酮和缩醛可用作汽油和柴油燃料的添加剂，可以改善了柴油燃料的冷流特性以及汽油燃料的氧化稳定性、胶质形成和辛烷值由于其独特的性质。虽然近年来已成为常用的生物添加剂之一，但是随意排放在水中是会造成严重的环境危害。所以在这次研究中，使用了活性炭和金属有机骨架测试了溶胶缩酮的吸附，出于比较的目的，还选择双氯芬酸和咖啡因作为新兴污染物来做对比。

　　活性炭对缩酮的吸附实验

　　吸附过程可能受到几个起重要作用的因素的影响;其中，吸附剂的用量和吸附物的初始浓度对最终结果影响很大。为了研究吸附剂剂量的作用，根据吸附剂和被吸附物使用了不同的剂量。使用双氯芬酸和咖啡因作为吸附物和活性炭作为吸附剂，研究了10至30mg的剂量。当缩酮是吸附物时，活性炭用量范围为1至2g。结果汇总在图1的第一列中。可以看出，活性炭的吸附容量对于双氯芬酸和咖啡因是相似的，而在缩酮的情况下要大得多。在实验中，分析了15mg/dm3浓度的双氯芬酸或咖啡因上的50、75和100mg活性炭的用量。使用金属有机骨架时，其对双氯芬酸的吸附能力大于咖啡因。总的来说，金属有机骨架的吸附能力在所有情况下都低于使用活性炭作为吸附剂时的吸附能力。在所有实验中，平衡吸附容量随着吸附剂剂量的增加而增加。例如，在活性炭和双氯芬酸(15mg/dm3)的情况下，当活性炭的量从10mg增加到30mg时，吸附量增加了35.9%到83.8%。这一结果可能是由于颗粒相互作用和吸附位点的聚集，导致有机污染物可用的有效吸附表面积减少。

　　图1：使用不同吸收浓度和活性炭用量对活性炭上双氯芬酸、咖啡因和缩酮的动力学吸附数据。

　　吸附过程分为两个阶段：初始阶段较短且吸附速度较快，因为有更多的游离和更强的活性位点，随后是较慢和较长的吸收期，在该阶段中，吸附力出现在两个阶段之间。已经吸附的有机分子和本体相中的有机分子，防止它们被吸附。进一步研究了有机分子的颗粒内扩散，如图2所示。该过程外部传质和有机分子在吸附剂最表层上的快速分布。第二是与颗粒内扩散到吸附剂的更多内部活性位点有关。活性炭的孔隙是金属有机骨架的两倍，多孔吸附剂中的吸附过程也通过对平衡应用分数法来估计有效扩散系数，当活性炭是吸附剂时，可以表明内部活性位点的吸收较慢，有利于内部位点的吸附过程。总体趋势表明，随着吸附剂用量的增加，扩散系数也随之增加。

　　图2：在活性炭和有机金属骨架上吸附有机分子的粒子内扩散模型。

　　活性炭的吸附机理研究

　　活性炭表面和有机污染物之间的各种类型的相互作用来解释材料的去除能力：疏水相互作用、π-π堆积相互作用、范德华力、静电相互作用和氢键相互作用，它们可以发生单独或同时。

　　吸附结果表明，两种吸附剂(活性炭和金属有机骨架)对所研究的三种有机化合物具有亲和力。吸附剂表面与分子之间的吸引或排斥相互作用受材料表面化学特性的影响。溶液中吸附剂表面的净电荷以零电荷点为特征。在活性炭的情况下，在之前的工作中发现值为4.5，表明该材料在本研究的吸附条件下带负电荷。因此，带负电的表面和有机分子之间的静电吸引力是可能的。因此，在所使用的实验条件下，不能忽略范德华力和π-π相互作用对去除有机分子的影响。金属有机骨架的这种结构可能与活性炭的表面特性有相似之处，在这种情况下，也可以建议将发生上述相同类型的交互。

　　活性炭从水溶液中去除溶剂缩酮的研究中，由于缺乏关于通过吸附从水中去除的数据，已经测试了缩酮吸附以及用于比较的双氯芬酸和咖啡因。活性炭和金属有机骨架已被测试为吸附剂;活性炭给出了很好的结果(81%的缩酮被吸附)，尽管金属有机骨架达到平衡的速度更快(22分钟)。研究了各种参数的影响，例如吸附剂质量或污染物的初始浓度。吸附动力学分析显示更适合伪二级模型，其中吸附过程分为两个阶段。活性炭在颗粒内扩散中给出了较低的值，这可能表明内部活性位点的吸收较慢。吸附等温线也符合实验数据，与Langmuir和Freundlich方程相比，三参数方程在实验和理论数据之间给出了更好的一致性。总体而言，两种吸附剂均已被证明对溶剂缩酮吸附非常好，能够从水溶液中去除高达81%的溶剂缩酮。