第四期原稿08级中文模板段

1、Article001锯末热解炭的氯化铵微波改性及吸附 4-氯苯酚段（08 级本科生）龙（08 级本科生）（08 级本科生）指导： ”: duan313本文主要从锯末热解炭先通过氯化铵浸渍，然后微波制得改性活性炭，研究其对4-氯苯酚的静态吸附性能，希望通过本文的研究，提高热解炭的应用范 围。摘要本文用氯化铵微波改性锯末热解炭作为吸附剂， 研究了其对 4-氯苯酚的吸附行为。通过研究温度、pH 和盐度对吸附的影响。结果表明温度升高，吸附量增 大，说明该吸附反应为吸热反应。pH8 时，对吸附影响大；pH8 时，对吸附无影响。随盐浓度增加， 吸附量稍有下降。吸对平衡数据进行热力学模型分析，表明该吸附过程

2、可以用 Freundlich 等温模型描述。通过对吸附动力学过程的分析可知：吸附分为快2 材料和方法2.1 试剂氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、硫酸钠、氯化铵、4-氯苯酚为分析纯。2.2 实验仪器SX-4-10 箱式电阻炉（上海实验电炉厂） 国华企业 SHZ-82 恒温振荡器752 紫外可见分光光度计（上海第三分析仪器厂）速和慢速两个阶段，符合准动力学模型。吸附动力学和热力学研究表明，氯化铵改性活性炭吸附 4-氯苯酚以物理吸附为主。： 氯化铵， 锯末热解炭， 吸附， 等温， 动力学PHS-2F 数字PH 计（上海精密仪器2.3 吸附剂锯末热解炭来自郑州大学环境科学）1 前言氯酚类污染物虽然

3、大多数在水中含量甚微，但对。用氯化铵微波改性锯末热解炭，优化的条件为：微波功率 中火 380W，微波时间 6min，固液比 12，浸渍浓度16.7%。2.4 实验方法取一批 50mL 的锥形瓶，准确称量 0.0150g 的吸附剂，分别加入 10.00 mL 不同浓度的 4-氯苯酚溶液，密封，放入恒温振荡器中，在一定速度下振荡，取出过滤， 用紫外可见分光光度计在最大吸收波长（ 225 nm）处测定上清液中 4-氯苯酚的浓度，通过吸附前后人类的危害却很大。此类废水，各种处理新技术新方法层出不穷， 如生物法， 还原法、电化学氧化法、超声空化法、光化学氧化法以及物化-生物处理法等， 但以上每法都存在这

4、样或那样的缺陷，如处理费用高、操作复杂，有副产物产生、只针对某类特定废水等， 从而在实际应用中受到各种限制。因此考虑用吸附剂去除水中的氯酚。但存在的问 题就是反应使用的吸附剂经常需要再生，使吸附过程 不便且昂贵。活性炭是最广泛的用于除去废水中污染物的吸附 剂。这是由于它的大的比表面积、微孔结构、极高的 吸附能力和高度的表面活性。然而商业可用活性炭是 非常昂贵的，质量越好价钱越贵，因此用其处理废水浓度差计算质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、苯酚浓度/(mg·L -1)； C吸附后 4-氯苯酚浓度/(mg·L -1)； V溶液体积/(L)；W吸附剂质量/(g)。P去除率(1)(2)是不的1。这就导致了寻找新型活性炭作为替代现有的活性炭的研究。生物质热解生物油或热解气的过程中产生固体残渣热解炭，可以作为或土壤调理剂。开发热解炭的， 是值得研究的课题。热解炭富含炭，将其用作吸附剂，效果差。需要用改性的方法改 变炭表面结构和化学性质。微波改性就是一种近年来3 结果与讨论3.1 溶液 pH 对吸附的影响溶液pH对吸附的影响如图1所示。由图1，pH在2- 8范围内，pH对吸附没有影响。当pH8时，随pH增大比较流行的改性

6、方式。微波加热择性强、可直接作用到样品上等特点。热速度快、选Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.Article001qe变小。热解炭的等电点pH为6.8，经氯化铵活化改性后变为4.0，4-氯苯酚的pKa为8.9。结果说明，吸附剂表面是电荷的性质对吸附影响不大，当吸附质以时间对吸附量的影响如图 3 所示。30子形式存在时，吸附量下降。说明中性的吸附。有利于28262422340.5520293K303K313K吸附量去除率32180.5030160.45142812260.40102480

7、.35010020030040050060070022t/min200.301824681012Figure 3. 吸附量随时间变化图pH图 3 可以看出，随着吸附时间增加，吸附量 qe 值增加，升高温度，吸附量增大。改性活性炭吸附 4-氯苯酚 400min 达到平衡。吸附速率在前 100min 内最大，100min-250min 接近吸附平衡。说明吸附包含了三个过程：膜扩散（即颗粒外部扩散）、颗粒内部扩散 和吸附平衡（细孔或中孔的内表面）。准一级动力学方程Figure 1. qe 和去除率-pH 双 Y 图4-氯苯酚原溶液 pH 为 5.83，后续的实验不需调节酸度。3.2 盐浓度对吸附的影

8、响盐浓度的影响如图 2 所示。lg(qe qt)=lgqek1t/2.303动力学方程5t/ qt=1/ k2 qe2+t/qe(3)由图 2 可知，随盐度浓度增大，吸附量 qe 少准量减小，并趋近于平衡。随 Na2SO4 浓度增大，吸(4)附量也是稍有下降。结果说明离子交换或静电引力不是主要的吸附机理。式中：qe 为平衡吸附量，k1 和 k2 分别为准一级和速率常数。采用线性回归对数据进行拟合，结准果列于表 1。Table 1. 三种动力学模型线性拟合常数25293K303K313K20准一级常数表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准常数表00.000.050.10C/( mg·L -1)0.150.20qe,cal / (mg/g) k2 /(g/mg·h) RElovich常数表R27.980.03770.99128.430.04660.99829.120.06810.996Figure 2. 盐浓度对吸附的影响3.3 吸附时间的影响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通过对比R及实验所得吸附量与计算所得吸附量之差。程。从椰子壳吸附动力学模型更适合于该吸附过50炭吸附2-氯苯酚2,活性炭吸附2,4-二氯苯酚3和藤锯末活性炭吸附4-氯苯酚4都可以看到类似的吸附动力学。4030293K303K313K3.4 吸附等温线不同平衡浓度下的吸附量变化如图 4 所示。随初始浓度、温度升高，吸附量也增大。拟合等温数据到不 同的等温模型

11、是寻找能用于设计目的的合适的模型的2010重要步骤5。最常用的模型是用于描述吸附量和平0020406080100120衡浓度关系的 Langmuir 等温式和 Freundlich 等温式。1) Langmuir 等温式线性形式6:Ce/( mg·L -1)Ce/qe=(1/qm)Ce+1/KLqe(5)Figure 4. 吸附等温线 Ce-qe 图3.5 热力学常数吸附剂的吸附过程看作可逆过程，其表观吸附平衡常数(或称为分布系数)Kc 可用式 (7) 表示：式中：Ce (mg/L)吸附质的平衡浓度，qe (mg/g)吸附剂平衡吸附量，qm(mg/g)为最大吸附量，KL为吸附平衡常数

12、。2) Freundlich 等温式线性形式为7：log qe=(1/n)logCe+logKF(6)Kc=Cad,e/Ce(7)式中：Ce (mg/L)是吸附物的平衡浓度，qe (mg/g)是其中：Cad,e 为平衡时吸附剂上吸附质的浓度(mol·L - 1 )，Ce 为平衡时溶液中吸附质的浓度( mol·L 1) ，浓度代替活度求 Kc。将 Kc 的值代入式(8), 可计算出 G 值。吸附量, K (mg/g (L/mg) 1/n) 和 n 是 Freundlich 常F数。Table 2.两种等温模型线性拟合常数G = RTlnKc(8)293K303K313K式(8

13、)中，G 是自由能变(J·mol - 1 )，R 是气体常数(8.314J·mol -1·K -1)，T 是绝对温度(K)，Kc 是吸附平衡常数。由 Vant Hoff 方程式对 G-T 进行线性回归,可得到直线的斜率和截距，从而求得反应的 H( J·mol - 1 )和LangmuirKL0.01010.01170.0105m/ mg·g -1q79.8782.4484.60S(J·mol - 1·K看作常数。- 1 )，H 和 S 基本不随温度而变化，可R0.9890.9880.911G = HTS(9)Freundli

14、chTable 3.热力学常数表 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 随温度增加而增大。H/(kJ·mol-1)）3.12比较两种模型下的 R，可知 Freundlich 等温模型更适合于平衡吸附过程。S/(kJ·mol-1·K -1)0.013由 G，H 及S 的正负及大小，可知反应为自发、吸热、熵增、以物理吸附为主的反应。4 结论由以上实验可以得到氯化铵微波改性锯末热解炭对4-氯苯

15、酚的吸附规律： 303K时， pH在2-8范围内对吸附无影响，pH8，随pH增大，吸附量明显下降；随盐浓度增加，吸附量稍有下降；在吸附等温线中，随吸附质初始浓度、温度增加，qe逐渐增大；平衡Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.-1qe/(mg·g )Article001吸附过程符合Freundlich等温方程，准动力学方程可用以拟合动力学过程。该吸附以物理吸附为主，是 个自发、吸热、熵增的过程。感谢在此，我要衷心感谢导师教授给予的指导与督促。引导我不断开阔思路，为我答疑解惑，鼓

16、励我大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中， 既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了 良好的实验习惯和科研精神。感谢他为学生营造的浓 郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助!值此完成之际，谨向致以最崇高的谢意!参考文献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,