新型复合吸附剂对酚类化合物的吸附效能研究任务翻译开题综述正文文档格式.docx

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2010.11.20-2010.11.30

熟悉实验室及相关仪器

3

2010.12.1-2010.12.10

完成文献综述和外文翻译

2010.12.10-2010.12.30

完成开题报告

5

2010.1.1-2011.2.20

吸附剂制备实验

6

2011.2.20-2011.3.15

吸附实验

7

2011.3.15-2011.3.30

论文初稿撰写

8

2011.4.1-2011.4.30

完成论文终稿等相关材料

指导教师（签字）

四、推荐参考文献（理工科专业应在5篇以上，文科类专业应在8篇以上，其中外文文献至少2篇。

）

［1］张炜铭,陈金龙,张全兴.树脂吸附法处理色酚AS生产废水的研究[J].工业水处理,2005,25（4）:

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五、教研室审查意见：

教研室主任（签字）

（签名）

外文资料翻译（译文不少于2000汉字）

1．所译外文资料：

①作者：

F.W.Shaarani,B.H.Hameed

②书名（或论文题目）：

Batchadsorptionof2,4-dichlorophenolontoactivatedcarbonderivedfromagriculturalwaste

③出版社（或刊物名称或可获得地址）：

SchoolofChemicalEngineering,UniversitiSainsMalaysia,EngineeringCampus,14300NibongTebal,Penang,Malaysia

④出版时间（或卷期号）：

2010.2

⑤所译起止页码：

159-164

2．译成中文：

用活性炭从农业废弃物中批量吸附2,4-二氯苯酚

摘要：

来源于油棕空果束（EFB）的活性炭去除2,4-二氯苯酚水溶液（2,4-DCP）的潜在可行性进行了研究。

制备的活性炭通过与磷酸化学激活。

接触时间、初始浓度（25-250毫克/升），温度（30-50摄氏度）和pH（2-12）的作用进行了调查。

实验数据用Langmuir和Freundlich等温线模型进行了分析。

最好的平衡数据符合Langmuir等温线模型，在30°

C时最大单分子层吸附量为232.56毫克/克。

吸附动力学很好地描述了拟二阶吸附动力模式。

以空水果束为基础的活性炭（EFBAC）被证明是吸附2,4-DCP水溶液有前途的材料。

关键词：

油棕空果束；

2,4-二氯苯酚；

吸附；

等温线；

动力学；

活性炭

1、引言

酚类物质及其衍生物是一种最常见的环境污染物。

他们被广泛地用于塑料、油漆、农药、杀虫剂等中间合成。

大部分的这些化合物被认为是致癌物质。

根据美国环境保护局，酚类及其衍生物被认为构成126种被指定为优先控制污染物的第11种化学物，而马来西亚环境质量的行为,其工业废水中的酚类化合物进入城市污水渠与地表水的允许范围为0.001毫克/升。

在氯存在下酚类化合物将发生反应形成氯酚，当氯酚和饮用水混合在一起有明显的令人厌恶的医药味。

2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）是一种氯化芳香族化合物，由很多高浓度的氯化酚类化合物综合在一起的基本试剂（例如，五氯化苯酚）和杀虫剂（例如，2,4-二氯苯酚氧乙酸）。

2，4-DCP是一种无色晶体，微溶于水，pH为中性（0.45%25°

C），且非常溶于醇、醚、和苯。

2，4-DCP是一种弱酸pKa=7.9。

来自用氯处理过的引用水，工业废水和市政废水的植物消毒水或者来自农业径流、工业排放的2,4-DCP环境污染物可能发生微生物降解和植物的光化解作用。

一个最经常使用和明确有效的解决方法是以酚醛衍生物的吸附为主。

吸附是一个涉及自由水相和刚性颗粒相接触的过程，这个接触有选择地去除和储存一种或多种溶液中溶质的倾向。

活性炭是目前应用最广泛的用来除去污染物废水的吸附剂。

这是由于活性炭的大表面积、微孔结构、高吸附量和高度表面反应性。

然而商业上可利用的活性炭非常贵，质量越高成本花费越大，因此用来处理废水可能不经济。

这导致了寻找新农业为基础的活性炭替代现有的活性炭。

在马来西亚，棕榈油产业产生了大量的固体废物包括棕榈水果在加工过程中的棕榈空水果束（EFB）、纤维和水果壳。

据估计,在马来西亚大量可利用的EFB每年大约有443万吨（干重）。

目前，产生的65%的EFB被焚烧，串灰被作为化肥回收到种植园。

然而，由于发出白烟和很多飞灰，焚烧产生的串灰不被环境方面接受。

为了大量可利用的废弃物多样化，被建议将它转化成活性炭。

活性炭可以通过物理或化学活化作用制造。

物理活化包括两个阶段，例如在温度低于700°

C惰性气体的碳化，然后二氧化碳和/或空气在更高的温度（800-1000°

C）时蒸汽的活化。

与物理活化相比，化学活化是一个只在较低的温度（400-800°

C）并存在脱水剂例如ZnCl2,H3PO4,和KOH的情况下进行的阶段。

化学活化由于较低的过程温度和较高的产量具有低能量消耗的优点。

目前EFB准备的活性炭被用于去除苯酚、2,4-二氯苯酚和2,4,6-三氯苯酚。

为了吸收苯酚，EFBAC已准备通过物理活化和热活化作用。

通过在800°

C30分钟的热活化作用制备的活性炭用来吸附水溶液中的2,4-二氯苯酚同时去除2,4,6-三氯苯酚，它是准备用由氢氧化钾（KOH）处理紧随其后的二氧化碳（CO2）的物理化学活化方法。

所有的方法包括由EFB通过化学活化制备的活性炭的准备。

本文的目的是评估油棕空水果束为基础的活性炭（EFBAC）准备用磷酸通过化学活化作用去除水溶液中的2,4-二氯苯酚的吸附潜能。

吸附过程的平衡和动力学数据分析用于研究吸附特性和吸附机理。

2、材料和方法

2.1活性炭的制备和特性

在本研究中通过从当地棕榈油山、高渊、马来西亚获得的EFB来制备活性炭。

当收到后先清洗前体再太阳晒干然后压碎成1-2mm大小的微粒。

初加工的前体被浸泡在注入比例为16:

1（酸：

前体）20wt.%的磷酸溶液中。

前体和酸溶液的混合液在室温条件下静置一晚。

随后前体从磷酸溶液中过滤出来，然后在105°

C的条件下用烤箱干燥24个小时。

将浸泡的前体放置在不锈钢反应堆的管状车胎里活化。

活化作用发生在加热比率常数为10°

C/min达到450°

C，纯氮气（99.995％）流量为150cm3/min经过2小时，然后冷却到室温。

用0.1M的盐酸和热蒸馏水洗净最终产物，直到清洗液pH值达到6-7，然后在105°

C的条件下用烤箱干燥24小时，最后放在干燥容器内备用。

活性炭的结构特性用微粒学（ModelASAP2020,US）在77k氮气吸附进行。

描述活性炭时最普通的标准程序是Brunauer–Emmett–Teller（BET）。

扫描电子显微镜（扫描电镜）（（LeicaCambridgeS-360）对预备的活性炭进行了分析，研究表面形态和验证孔隙率。

2.22,4-二氯苯酚

在本研究中分析试剂等级的2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）被用作吸附物。

2,4-二氯苯酚的化学分子式为C6H3Cl2OH，分子量为163.0g/mol。

2.3批量平衡研究

批量吸附是取200ml多种初始浓度（25-250mg/L）的2，4-二氯苯酚溶液放置在一组250ml的锥形瓶中进行。

同等质量EFBAC（0.20克）添加到每个烧瓶中，然后用转速为130rpm的等温搅拌器（30°

C）搅拌24小时以达到平衡。

溶液的pH不用任何pH调节保持原样。

对来自溶液的水样和浓度进行了分析。

所有样品分析前过滤，以尽量减少分析中炭末的干扰。

在相同的条件下重复每个实验。

在280nm条件下用双光束紫外可见分光光度计（Shimadzu,Japan）分别测定2,4-DCP吸附前后的浓度。

平衡时的吸附量qe（mg/g）用qe=（C0−Ce）V/W计算，C0，Ce分别表示2,4-二氯苯酚初始和平衡时的液相浓度。

V（L）表示溶液的体积，W（g）表示干吸附剂的使用量。

2.4温度的影响

温度影响吸附能力和研究EFBAC的动力学在2,4-DCP30、40、50°

C时吸附温度的变化。

而其他运行参数（2,4-DCP的初始浓度，活性炭用量，pH值及搅拌速度）保持不变。

2.5溶液pH值的影响

通过从pH2到12的溶液初始pH值的变化检查2,4-二氯苯酚的去除对溶液pH的影响。

pH用0.1M盐酸和/或氢氧化钠调节，然后用pH计（ModelEcoscan,EUTECHInstruments,Singapore）测量。

2,4-DCP的初始浓度为100mg/L时，活性炭用量为0.2g/100mL和溶液温度为30°

C。

3结果和讨论

3.1制备的活性炭的结构特点

表1总结了EFBAC的表面积和孔体积特性。

BET表面积被认为1031.515m2/g，而EFBAC总孔体积为0.583cm3/g。

图1为活性炭衍生物的扫描电镜图像。

在活性炭的表面可以清楚地看到很多大细孔。

发达的细孔导致活性炭有巨大的表面积和多孔结构。

表1EFBAC的表面积和孔体积特性

特性

BET表面积（m2/g）

1031.515

总孔体积（cm3/g）

0.583

平均细孔直径（nm）

2.261

EFBAC的扫描电镜图

3.22,4-二氯苯酚初始浓度和2,4-二氯苯酚吸附接触时间的影响

图2显示了吸附时间在2,4-DCP不同初始浓度下的吸附能力。

可以很清楚地观察到2,4-二氯苯酚的吸附取决于活性炭的初始浓度。

浓度的增加导致活性炭吸附2,4-二氯苯酚数量的增加。

这可能是由于初始2,4-DCP的浓度增加使得浓度梯度驱动力增大。

当浓度从25增加

至250mg/L,2,4-DCP的吸附量从22.936增加至185.185mg/g。

Sathishkumar等报告了2,4-DCP吸附在玉米芯活性炭上的类似的结果。

从图2明显地看到初始浓度为25-100mg/L的2,4-DCP溶液达到平衡时需要的接触时间不少于2小时。

然而，对于较高初始浓度的2,4-DCP溶液需要较长的平衡时间。

这个观察可以用吸附过程解释，最初的吸附分子必须首先遇到边界层的作用，然后从边界层薄膜扩散到吸附剂表面，最后扩散到该吸附剂的多孔结构中。

这种现象采取了相对较长的接触时间。

因此，由于要吸附大量的2,4-DCP分子，较高初始浓度的2,4-DCP溶液达到平衡需要更长的接触时间。

观察到一个相似的现象，从椰子壳中获得的炭吸附剂吸附苯酚达到平衡时间需要5小时。

图2在30°

C时，2,4-DCP不同初始浓度（25-250毫克/升）吸附量与吸附时间之间的关系

3.3温度对活性炭吸附能力的影响

图3显示了通过EFBAC在不同初始浓度（25–250mg/L）的条件下，溶液温度对2,4-DCP吸收的影响。

它充分体现了温度的上升可以轻微增加2,4-DCP的去除，说明吸附反应具有吸热的特性。

此外，改变温度会改变特定吸附剂的吸附平衡能力。

这个观点与Tan等人报道的2,4,6-三氯酚在活性炭上的吸收随溶液温度的上升而增加一致。

图3不同初始浓度下溶液温度对2,4-DCP吸收的影响

3.4溶液pH的影响

研究pH在2-12的范围、2,4-DCP的初始浓度固定在100mg/mL时，pH对2,4-DCP吸附的影响。

如图4所示，2,4-DCP的吸附量随溶液pH的增加而减少。

pH为2时达到最高的吸收，2,4-DCP的最高吸收为91.57mg/g，pH为12时被记录为最低吸收，吸收量只有55.88mg/g。

这个观察与Hameed、Gao和Wang等人报道的趋势相似。

这种行为清楚地表明，吸附是由互动未解离的有机物之间和吸附剂表面的亲油性支配。

图4在30°

C时溶液pH对2,4-DCP去除的影响（2,4-DCP的初始浓度=100mg/L）

3.5吸附等温线

吸附等温线通常条件下测定平衡。

当吸附过程达到平衡状态时，吸附等温线显示吸附分子在液相和固相之间是怎么样分布的。

通过符合不同的等温线模式的等温线数据分析找到合适的模式，用于设计目的是一个重要的步骤。

几种模式已发表在文献中用来描述吸附等温线的实验数据。

最经常采用Langmuir和Freundlich模式，用来描述吸附剂的吸附量和平衡浓度之间的关系。

通过相关系数R2的值来判断吸附过程中描述等温方程式的适用性。

Langmuir等温线模型的线性方程形式为Ce/qe=（1/Q0）Ce+1/Q0b

Ce—吸附平衡浓度（mg/L）；

qe—每单位质量吸附剂吸附的被吸附物数量（mg/g）；

Q0—吸附量的Langmuir常数；

b—吸附平衡常数。

根据Langmuir等温线中的Ce/qe求出Ce，可以得到图5所示的1/Q0直线斜率。

相关系数R2=0.999显示在EFBAC的2,4-DCP吸附数据很符合Langmuir等温线。

过完根据Eq

（2）计算Langmuir吸附常数b和Q0，它们被列在表2中。

图5在30°

C时在EFBAC上的Langmuir吸附等温线

表2Langmuir和Freundlich等温线模式常数和相关系数

Langmuir等温线

Q0（mg/g）

232.560

B（L/mg）

0.060

R2

0.999

RL

0.063

Freundlich等温线

n

1.689

KF[（mg/g）]

18.806

0.962

Langmuir等温线模型实验数据构造表明油棕空果束表面碳有相同特征，例如每个2,4-DCP分子/EFBAC的吸附有相等的吸附活化能；

结果也显示了2,4-DCP分子在制备的EFBAC外表面的单程覆盖构造。

Langmuir吸附等温的基本特征可以表示为一个无量纲平衡参数（RL）。

RL=1/（1+bC0）定义参数。

b—Langmuir常数；

C0—2,4-DCP的最高初始浓度

参数RL表示等温线的形状如下：

RL的数值

等温线的类型

RL>

不理想的

RL=1

线性的

0<

RL<

理想的

RL=0

不可逆的

T=30°

C时，RL=0.063。

这再次证实了本研究中Langmuir等温线用EFBAC吸附2,4-DCP是理想的。

著名的Freundlich等温线形式是由以下方程给出：

logqe=（1/n）logCe+logKF

Ce—吸附的平衡浓度（mg/L）；

qe—每单位质量的吸附剂吸附的被吸附物（mg/g）；

KF—Freundlich常数（mg/g（L/mg）1/n）

n—有利吸附过程的指数。

KF为吸附剂的吸附量，指吸附或分配系数，代表单位平衡浓度的活性炭吸附的2,4-DCP的数量。

1/n的斜率在0到1之间表示吸附强度和表面异质性的程度，当它的数值越接近零就越具有异构性。

1/n的数值低于一个显示正常的Langmuir等温线而1/n高于正常的Langmuir等温线则是一个合作吸附指数。

通过绘制的Logqe与logCe之间关系图6给出的1/n直线斜率的截距值计算KF。

表2列出了这些常数（KF、n和R2）。

如表2所示，n的值是1.689时表明良好的吸附。

Freundlich等温线的相关系数R2为0.962。

比较两个等温线的R2值，表明吸附获得的数据是更好的适合Langmuir吸附等温线模型。

图630°

C时用EFBAC吸附2,4-DCP的准一级动力学

表3列出了各种吸附剂对各种类型氯酚最大单分子层吸附量的比较。

和以前报道的一些文献相比较，在这项工作中制备的活性炭相对地显示了2,4-DCP的吸附量为232.56mg/g。

3.6动力学研究

3.6.1假一级模型

用Lagergren和Svenska形式描述假一级模型的线性形式：

log（qe-qt）=logqe-（k1/2.303）t

qe—平衡时2,4-DCP的吸附量（mg/g）；

qt—任何时刻2,4-DCP的吸附量（mg/g）；

t—时间（h）；

k1—假一级吸附平衡比例常数（1/h）。

因此，与时间制作的图来计算2,4-DCP的log（qe-qt）数值。

如果测定点的位置被认为是具有良好的线性相关系数，表明Lagergren方程用EFBAC吸附2,4-DCP是恰当的。

所以吸附过程是一个假一级过程。

测定点位置的斜率计算准一级常数比例。

从结果中知道，虽然高浓度时相关系数的值高于0.90，但是实验值qe不适合从线性图（表4）计算得到。

这表明EFBAC对2,4-DCP的吸附不服从准一级动力学模型。

3.6．2拟二阶吸附动力模式

拟二阶吸附动力模式表示为：

t/qt=1/k2qe2+（1/qe）t

qe—平衡时的吸附量（mg/g）；

qt—在t时刻的吸附量（mg/g）；

k2—拟二阶吸附比例常数（g/mgh）。

通过绘制t/qt与t之间关系图7，从斜率和截距决定qe和k2。

如图7所示，通过30°

C时t/qt与t之间的线性位置取得所有2,4-DCP浓度大于0.990的R2的值。

这也显示出与实验吻合的计算值qe（表4），表明这个模型来描述用制备的活性炭吸附2,4-DCP过程的适用性。

也观察到用椰子壳的纤维精髓炭去除2-氯酚，活性炭纤维去除2,4-DCP和藤茎锯屑去除4-氯酚类似的动力学。

图730°

C时用EFBAC吸附2,4-DCP的拟二阶吸附动力学

3.6.3内扩散模型

内扩散模型以WeberandMorris提出的理论为基础，用来测试确定扩散机理。

根据这个理论：

C—截距；

kid—内扩散比例常数（mg/gh1/2）

kid可以从qt和t1/2之间线性关系的斜率求值。

这个点的截距反应出了边界层效应。

在速率控制过程中截距越大表面吸附贡献也越大。

如果的qt与t1/2是线性回归并通过原点，然后内扩散是唯一的速率控制步骤。

图8说明了在30°

C不同范围的2,4-DCP初始浓度qt和t1/2之间的关系。

据观察，每个线性点都没有通过原点。

这说明内扩散不只是速率控制过程。

许多研究者在他们以前的关于吸附的调查中报道了这种趋势。

图830°

C时用EFBAC吸附2,4-DCP内扩散模型的点

3.7动力学模型的有效性

动力学模型来描述验证了吸附过程的标准化标准差Δq（%），被定义为：

N—数据点的数量；

qexp—实验吸附量（mg/g）；

qcal—计算吸附量（mg/g）；

Δq值越低模型越符合。

表4列出了两个动力学模型确定的计算值Δq。

这清楚地表明，假二级动力学模型产生了较低的Δq值。

这与早些时候获得的R2值吻合，证明了用EFBAC对2,4-DCP的吸附可能是描述以化学吸附平衡为基础最好的伪二级动力学模型。

4结论

磷酸通过化学活化的EFB制备的活性炭被认为是去除水溶液中2,4-DCP最有效的。

30°

C时Langmuir等温线模型最好描述吸附平衡的最大单层吸附容量为232.56mg/g等。

在过去的研究的浓度范围内，吸附动力学遵循伪二阶模型，证明了在吸附研究中化学吸附是一个速率控制参数。

这些表明，油棕空果束是一种很有前途前体活性炭。

致谢

作者承认研究资助由马来西亚科学大学根据基础研究资助计划（FRGS）提供（项目号：

6070015）

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