速生桉樹(shù)皮基活性炭的制備及吸附特性

劉崢，韋夢(mèng)琴，杜玥瑩，馮慶革*，孫翔，馬大朝，韓彪

(1.廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院， 廣西南寧530004;2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境科學(xué)研究院， 廣西南寧530022)

0 引言

活性炭由于比表面積大、孔隙豐富的特點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，且在全球范圍內(nèi)的使用情況呈上升趨勢(shì)[1]，其原料多為木材以及煤、瀝青、石油等富含炭元素的有機(jī)礦物燃料。近年來(lái)，由于社會(huì)的快速發(fā)展伴隨著自然資源的不斷減少以及帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。在這一背景和清潔生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)環(huán)境友好型材料理念的推動(dòng)下，生物質(zhì)活性炭的研究和應(yīng)用受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[2-4]。

生物炭的原料多來(lái)自農(nóng)業(yè)和生活中的廢棄物，其制備過(guò)程同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化的過(guò)程，在一定程度上降低生物質(zhì)廢棄物對(duì)環(huán)境帶來(lái)的壓力。近年來(lái)的研究表明，生物炭用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可有效改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力；另一方面，生物炭具有孔隙結(jié)構(gòu)豐富、表面官能團(tuán)種類(lèi)和含量豐富及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)[5-7]，作為吸附劑在環(huán)境領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用；對(duì)生物炭進(jìn)一步改性處理，可以拓展到不同領(lǐng)域，如催化/電催化、CO2捕、H2儲(chǔ)存以及構(gòu)建超級(jí)電容器等方面。作為吸附劑，生物炭的的理化特性和孔徑結(jié)構(gòu)對(duì)吸附性能有著重要的影響。研究表明，化學(xué)活化法對(duì)生物炭表面性質(zhì)的調(diào)控效果較物理活化法較優(yōu)異，主要是通過(guò)活化劑在高溫的條件下，對(duì)生物炭的表面形態(tài)進(jìn)行改造，以形成更多的孔隙結(jié)構(gòu)，增加了吸附位點(diǎn)進(jìn)而提高生物炭的性能?；罨ЧǔＥc原料、活化劑的種類(lèi)、活化溫度、以及浸漬比等因素有關(guān)有關(guān)。ZHANG等[8-9]發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下(600 ℃～700 ℃)制備的生物質(zhì)活性炭，由于孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)張，增加了表面積和孔體積，使得對(duì)水中四環(huán)素和磺胺甲嗪有較強(qiáng)的吸附能力；WANG等[10]采用H3PO4和K2CO3作為活化劑制備竹子基活性炭，研究發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度升高和浸漬比的增大，其孔隙體積顯著增加，進(jìn)而提高了環(huán)丙沙星的吸附量；李一冉[11]采用H3PO4活化法制備香蒲生物質(zhì)活性炭，研究發(fā)現(xiàn)比表面積和總孔容隨著浸漬時(shí)間和浸漬比的增加而呈現(xiàn)出現(xiàn)增大后減小的趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)氯霉素的吸附產(chǎn)生不同的影響。這表明活化溫度、浸漬溫度和浸漬比等主要是通過(guò)影響生物炭的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)而影響生物炭的吸附性能。

焦磷酸鉀常被用于食品加工、工業(yè)電鍍及表面處理等方面，其作為活化劑用于制備活性炭的研究鮮有報(bào)道。廣西是中國(guó)速生桉種植第一大省區(qū)，每年產(chǎn)生大量的廢棄速生桉樹(shù)皮處置方式大都以焚燒為主，這種粗放型的處理方式對(duì)自然環(huán)境造成了極大的污染。為解決這一問(wèn)題，研究者采用廢棄的速生桉樹(shù)皮為原料，以焦磷酸鉀作為活化劑制備活性炭，利用比表面積和孔隙分析儀、傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)、激光拉曼光譜儀(Laser-raman spectrum)、X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、X射線(xiàn)光電子能譜儀(XPS)等分析不同活化溫度條件下活性炭孔徑分布和表面化學(xué)性質(zhì)，并考察其對(duì)環(huán)丙沙星溶液的吸附性能，研究成果對(duì)明確速生桉樹(shù)皮基活性炭制備和速生桉樹(shù)皮廢物資源化利用提供了新方向。

1 材料與方法

1.1 化學(xué)試劑與原材料

實(shí)驗(yàn)所用的環(huán)丙沙星(C17H18FN3O3)(純度>98 %，麥克林生化科技有限公司，上海)。三水合焦磷酸鉀(K4P2O7·3H2O)(分析純，光華化學(xué)廠(chǎng)有限公司，廣東)。碘化鉀(KI)(分析純，光復(fù)科技發(fā)展有限公司，天津)。無(wú)水碳酸鈉(Na2CO3)，五水合硫代硫酸鈉(Na2S2O3·H2O)，可溶性淀粉(C6H10O5)n ，磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)，磷酸二氫鉀(KH2PO4)(分析純，西隴科學(xué)股份有限公司，廣東)。速生桉樹(shù)皮，取自南寧市某板材加工廠(chǎng)。

1.2 速生桉樹(shù)皮基活性炭的制備

將洗凈的速生桉樹(shù)皮晾干后，用粉碎機(jī)粉碎成5～10 mm段，放入烘箱中恒溫105 ℃至完全烘干。選取焦磷酸鉀按劑料比分別為1∶0.5，1∶1，1∶2(g)進(jìn)行混合，浸漬12 h，洗凈后烘干。將浸漬后的原材料放入管式爐(GSL-1500X，合肥科晶材料技術(shù)有限公司，中國(guó))進(jìn)行高溫炭化，以高純N2為載氣，分別設(shè)置升溫速率為10 ℃/min，20 ℃/min，30 ℃/min，炭化溫度分別為550 ℃、650 ℃、750 ℃，停留時(shí)間設(shè)為30 min，60 min，90 min。實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)曲面法進(jìn)行設(shè)計(jì)(表1)。各組炭化后得到的活性炭樣品，經(jīng)去離子水清洗、烘干、研磨后制得速生桉樹(shù)皮基活性炭備用。

1.3 樣品表征

利用全自動(dòng)比表面積和孔隙分析儀(NOVA 4200E，Quantachrome，USA)，表征速生桉樹(shù)皮基活性炭的比表面積和孔徑分布。根據(jù)BET 法計(jì)算總比表面積，BJH 法計(jì)算總孔體積以及孔徑分布。在波長(zhǎng)為4000～400 cm-1范圍內(nèi)，利用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)(Nicolet iS 50，Thermo Fisher，USA)對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜分析。利用激光拉曼光譜儀(InVia Reflex，Renishaw，UK)分析樣品的石墨化程度。利用X-射線(xiàn)衍射儀(XRD)(DX-2700A，丹東浩元儀器有限公司，中國(guó))分析樣品的物相組成以及結(jié)晶程度。利用X射線(xiàn)光電子能譜分析儀(XPS)(ESCALAB 250Xl+，Thermo Fisher Scientific, USA)分析樣品表面元素和主要分子結(jié)構(gòu)。

1.4 吸附實(shí)驗(yàn)

1.4.1 碘吸附實(shí)驗(yàn)

桉樹(shù)皮活性炭對(duì)碘的吸附實(shí)驗(yàn)參照GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗(yàn)方法 碘吸附值的測(cè)定》，計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：A為碘吸附值，mg/g；C1為碘標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度，mg/L；C2為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度，mg/L；V2為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的量，mL；m為活性炭的質(zhì)量，g；D為校正系數(shù)。

1.4.2 環(huán)丙沙星吸附實(shí)驗(yàn)

將20 mg速生桉樹(shù)皮基活性炭分別加入到含有濃度為50、75、100、125、150、175、200、225 mg/L 25 mL的環(huán)丙沙星溶液中，在30 ℃，150 r/min的速率條件下，于恒溫水浴振蕩器中震蕩吸附24 h，再經(jīng)高速離心后采用0.45 μm的濾膜過(guò)濾，濾液通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-2550，島津國(guó)際貿(mào)易有限公司，日本)測(cè)量吸光度，再代入標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算其吸附后剩余濾液中環(huán)丙沙星濃度，按照如下公式計(jì)算其對(duì)環(huán)丙沙星溶液的吸附量：

(2)

式中：q為吸附值，mg/g；C0為環(huán)丙沙星的初始濃度，mg/L；C為吸附后溶液中環(huán)丙沙星的濃度，mg/L；V為溶液體積，L；m為活性炭質(zhì)量, g。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)Design Expert 10軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)多元擬合，得到碘吸附值(Y1)、劑料比(X1)、炭化溫度 (X2)、升溫速率(X3)、炭化停留時(shí)間(X4)的二次多項(xiàng)回歸模型為：

Y1=1006.46+130.96X1+100.36X2+149.19X3-42.09X4-36.11X1X2-94.21X1X3+
70.48X1X4+60.21X2X3-13.48X2X4-36.93X3X4-50.23X12-
149.15X22-6.59X32-35.46X42。

圖1為速生桉樹(shù)皮基活性炭碘吸附值的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值比較?？梢悦黠@看出，實(shí)驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值擬合良好。

對(duì)27組制備樣品的碘吸附值進(jìn)行方差分析，其結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)方差分析可知，F(xiàn)=6.1，P=0.001 7<0.01，表明本實(shí)驗(yàn)所采用的模型是顯著的。由P可以看出，劑料比(X1)和升溫速率(X3)的交互作用最大，表明劑料比(X1)和升溫速率(X3)對(duì)速生桉樹(shù)皮基活性炭碘吸附值影響最大。

圖1 速生桉樹(shù)皮基活性炭碘吸附的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值Fig.1 Experiment and predicted values of iodine adsorption on activated carbon from fast-growing eucalyptus bark

表2 二次模型方差分析Tab.2 Analysis of variance of the quadratic model

通過(guò)擬合的二次多項(xiàng)模型解出最優(yōu)解為：劑料比為0.861，溫度為713.791 ℃，升溫速率為30 ℃/min，炭化停留時(shí)間為30 min時(shí)，活性炭的最大碘吸附值預(yù)測(cè)為1 258.872 mg/g?？紤]到實(shí)際的操作可能以及實(shí)驗(yàn)的便利性，取劑料比0.9，溫度710 ℃，升溫速率30 ℃/min，炭化停留時(shí)間為30 min，測(cè)得碘吸附值為1 225 mg/g。由于劑料比和升溫速率對(duì)速生桉樹(shù)皮基活性炭的制備影響較大，因此從27組樣品中選擇炭化停留時(shí)間為60 min的第三、四、十四、十六共四組活性炭樣品和最佳工藝條件下制備的活性炭進(jìn)行表征分析，分別用C-3、C-4、C-14、C-16、C-Y表示。

2.2 速生桉樹(shù)皮基活性炭的特性表征

2.2.1 速生桉樹(shù)皮基活性炭的比表面積及孔隙分析

通過(guò)N2吸附—脫附實(shí)驗(yàn)得到的速生桉樹(shù)皮基活性炭的N2吸附—脫附曲線(xiàn)及其相應(yīng)的孔徑分布圖如圖2所示。

由BET計(jì)算法得到的比表面積，BJH計(jì)算法得到的總孔體積和各樣品的平均孔徑如表3所示。從樣品的N2吸附—脫附曲線(xiàn)圖可以看出，所有樣品均產(chǎn)生了明顯的回滯環(huán)，這主要是N2在介孔中發(fā)生毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。根據(jù)IUPAC分類(lèi)[17]，所檢測(cè)樣品的吸附等溫線(xiàn)都屬于Ⅳ(a)類(lèi)，說(shuō)明速生桉樹(shù)皮基活性炭的孔徑分布主要以介孔為主，且所有樣品在相對(duì)壓力大于0.4之后，都產(chǎn)生H4型回滯環(huán)，這說(shuō)明沒(méi)有明顯的飽和吸附平臺(tái)，孔結(jié)構(gòu)不規(guī)整，且存在狹縫結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，活性炭的比表面積越大，對(duì)碘的吸附量也就越大，其中C-3和C-16比表面積相差不大，但C-16對(duì)碘的吸附量遠(yuǎn)大于C-3，這可能是C-16的總孔體積大于C-3，提供了更多的吸附位點(diǎn)。樣品C-4的吸附等溫線(xiàn)上升的更高，這可能是吸附質(zhì)分子間相互作用更強(qiáng)，吸附形成多分子層，并且它的回滯環(huán)較大，表明有更多的介孔，這與它的比表面積最大，達(dá)到619.06 m2/g相符合。不同的是，C-3、C-4、C-14、C-14這四個(gè)樣品的孔徑主要分布在4～10 nm，C-Y的孔徑分布主要集中在3～5 nm，說(shuō)明在最優(yōu)條件下制備的速生桉樹(shù)皮基活性炭，其孔徑相對(duì)縮小，總孔體積下降。

圖2 C-3,C-4,C-14,C-16,C-Y氮?dú)馕健摳角€(xiàn)及其相應(yīng)的BJH孔徑分布圖Fig.2 C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y nitrogen adsorption-desorption curve and BJH pore diameter distribution

表3 比表面積和孔徑測(cè)試結(jié)果Tab.3 Results of specific surface area and pore diameter

2.2.2 速生桉樹(shù)皮基活性炭的紅外光譜分析

五組活性炭樣品的紅外光譜圖如圖3所示。

圖3 C-3, C-4, C-14, C-16, C-Y紅外光譜圖Fig.3 FTIR spectrum of C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y

2.2.3 激光拉曼光譜分析

利用激光拉曼光譜研究速生桉樹(shù)皮基活性炭的結(jié)構(gòu)如圖4所示。所有樣品在1 350 cm-1和1 580 cm-1左右有兩個(gè)顯著的峰，分別代表炭材料非石墨化結(jié)構(gòu)的D峰和石墨化結(jié)構(gòu)的G峰，用D峰和G峰的強(qiáng)度比(ID/IG)來(lái)評(píng)估炭材料的石墨化程度，強(qiáng)度比越小則石墨化程度越大。所以五組活性炭材料的強(qiáng)度比大小為C-Y>C-4>C-14>C-16>C-3。這說(shuō)明C-Y石墨化程度最低，即C-Y無(wú)序化程度最高，形成了更多的缺陷，孔結(jié)構(gòu)豐富。C-3的劑料比最低，且ID/IG=0.71<1，石墨化程度較大，說(shuō)明速生桉樹(shù)皮基活性炭石墨化程度，在一定范圍內(nèi)可以通過(guò)調(diào)節(jié)劑料比來(lái)控制。

2.2.4 X射線(xiàn)衍射分析(XRD)

圖5為五組活性炭樣品的XRD圖。

圖4 C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y的激光拉曼譜圖
Fig.4 Laser Raman spectrum of C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y

圖5 C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y 的XRD分析
Fig.5 XRD analysis of C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y

由圖5可見(jiàn)，五個(gè)樣品均有兩個(gè)寬峰，表面結(jié)晶度不高。第一個(gè)峰2θ為22°～23°，對(duì)應(yīng)于石墨的C(002)衍射峰；第二個(gè)峰2θ為43.8°，對(duì)應(yīng)于石墨的C(100)衍射峰[23]，這表明速生桉樹(shù)皮基活性炭由無(wú)定型炭和少量石墨微晶組成[24]，衍射峰較寬，表明炭的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)無(wú)序，這有利于形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)提供更多的吸附位點(diǎn)，增強(qiáng)吸附能力[13]。C-Y的(100)衍射峰較其他四組不明顯，表明C-Y的表面結(jié)晶程度更低，所以速生桉樹(shù)皮基活性炭的形態(tài)為無(wú)定型。

2.2.5 X射線(xiàn)光電子能譜分析(XPS)

通過(guò)對(duì)五組活性炭的XPS分析不同劑料比對(duì)速生桉樹(shù)皮基活性炭表面元素主要分子結(jié)構(gòu)的影響。寬掃描圖結(jié)果如圖6所示。

圖6 C-3, C-4, C-14, C-16和C-Y的XPS圖譜Fig.6 XPS of C-3, C-4, C-14, C-16 and C-Y

可以看出四組速生桉樹(shù)皮基活性炭C1s譜峰峰形、強(qiáng)度都大致一樣。C1s能譜圖顯示了結(jié)合能在284.6～285.75 eV間的組合峰，結(jié)合能位于284.6～284.86 eV，這主要?dú)w屬于芳香族和脂肪族的C—C或者C—H；結(jié)合能位于285.41～285.76 eV，主要?dú)w屬于醇、醚、酚的C—O鍵。O1s能譜圖顯示了結(jié)合能在530.96～533.98 eV的組合峰，結(jié)合能在530.96～532.78 eV的歸屬于酮和羧基的C=O鍵；結(jié)合能在533.5～533.98 eV的歸屬于醇、羥基、羧酸中的C—O鍵。結(jié)合FTIR譜圖分析表明，由桉樹(shù)皮制備得到的活性炭，其有機(jī)組分主要熱解生成小分子的脂肪族和芳香族化合物，其表面含有較豐富的含氧官能團(tuán)。通過(guò)計(jì)算得到各樣品元素組成及相對(duì)含量見(jiàn)表4。其中，C-4有較高的O/C比，說(shuō)明極性較大,這同時(shí)說(shuō)明了，劑料比越大，活性炭表面含氧基團(tuán)越多。

表4 五組活性炭化學(xué)組成及含量Tab.4 Chemical composition and content of active carbon

2.3 環(huán)丙沙星吸附實(shí)驗(yàn)

2.3.1 初始濃度對(duì)環(huán)丙沙星吸附的影響及等溫吸附模型的分析

吸附實(shí)驗(yàn)以樣品C-Y作為吸附劑，對(duì)不同初始濃度的環(huán)丙沙星溶液，在30 ℃ 150 r/min條件下，于恒溫水浴振蕩器中震蕩吸附24 h，吸附后高速離心后采用0.45 μm的濾膜過(guò)濾，濾液通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量，根據(jù)公式(1)計(jì)算得到吸附值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7。由圖7可以看出，C-Y對(duì)環(huán)丙沙星的吸附值隨初始濃度的增大而逐漸增大，這是由于初始濃度的增加，C-Y被更多的吸附質(zhì)分子包圍，導(dǎo)致C-Y內(nèi)外環(huán)丙沙星濃度差距擴(kuò)大，增加了環(huán)丙沙星分子的傳質(zhì)動(dòng)力[25],當(dāng)環(huán)丙沙星的初始濃度為200 mg/L，吸附量達(dá)到122.5 mg/g，吸附達(dá)到飽和。在較低的濃度下(<125 mg/L)，C-Y對(duì)環(huán)丙沙星的吸附呈線(xiàn)性排布，說(shuō)明在較低濃度下，C-Y對(duì)環(huán)丙沙星的吸附主要受分配作用的影響。

分別采用Langmuir、Freundlich、Redlich-Peterson(R-P模型)吸附等溫模型對(duì)最優(yōu)速生桉樹(shù)皮基活性炭C-Y的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行吸附等溫線(xiàn)模型非線(xiàn)性擬合分析，非線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)如圖8，吸附等溫模型參數(shù)如表5所示。

圖7 環(huán)丙沙星初始濃度對(duì)C-Y吸附環(huán)丙沙星的影響
Fig.7 Effect of initial concentration of ciprofloxacin on C-Y adsorption of ciprofloxacin

圖8 吸附等溫線(xiàn)的非線(xiàn)性擬合
Fig.8 Nonlinear fitting of adsorption isotherm

表5 等溫吸附模型參數(shù)1Tab.5 Isothermal adsorption model parameters

注1：qm是活性炭對(duì)環(huán)丙沙星的飽和吸附量，mg/g；KL為 Langmuir 常數(shù)，L/mg；KF為Freundlich 常數(shù)；n是與表面不均勻性有關(guān)的變量；A、B、g為 Redlich-Peterson模型常數(shù)。

由表3中數(shù)據(jù)可以看出，Langmuir模型的非線(xiàn)性擬合R2較高，用該模型可以較好的描述速生桉樹(shù)皮基活性炭對(duì)環(huán)丙沙星的吸附過(guò)程。

2.3.2 吸附時(shí)間對(duì)環(huán)丙沙星吸附的影響以及動(dòng)力學(xué)研究

準(zhǔn)確稱(chēng)取20 mg的速生桉樹(shù)皮基活性炭至50 mL錐形瓶中，分別加入25 mL 100 mg/L的環(huán)丙沙星溶液，在30 ℃，150 r/min條件下，于恒溫水浴振蕩器中震蕩吸附，在15～300 min時(shí)段內(nèi)取樣測(cè)量其吸光度并計(jì)算其吸附量，吸附結(jié)果如圖9所示。

由圖9可知，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，速生桉樹(shù)皮基活性炭對(duì)環(huán)丙沙星的吸附量逐漸增大，且在0～90 min這一時(shí)段，吸附量增加得最快，這主要是前期環(huán)丙沙星濃度較高，吸附劑所提供的吸附位點(diǎn)較多；90 min后，存在輕微的脫附現(xiàn)象；在300 min后，吸附基本上能夠達(dá)到平衡，此時(shí)速生桉樹(shù)皮基活性炭對(duì)鹽酸環(huán)丙沙星的最大平衡吸附量能夠達(dá)到87.5 mg/g，這說(shuō)明速生桉樹(shù)皮基活性炭對(duì)環(huán)丙沙星具有良好的吸附效果。

采用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線(xiàn)性擬合如圖10所示，其擬合的吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表6。由表6可得，擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的R2大于擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且理論計(jì)算得到的平衡吸附量與實(shí)際的到的吸附量非常接近，表明擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以較好的描述速生桉樹(shù)皮基活性炭對(duì)環(huán)丙沙星的吸附過(guò)程，其吸附過(guò)程主要受擴(kuò)散步驟控制。

圖9 吸附時(shí)間對(duì)環(huán)丙沙星吸附的影響
Fig.9 Influence of adsorption time on the adsorption of ciprofloxacin

圖10 擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合曲線(xiàn)
Fig.10 Fitting curves of quasi-first-order dynamics model and quasi-second-order dynamics model

表6 吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)1Tab.6 Kinetic parameters of adsorption

注1：t為時(shí)間，min;k1為擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)，min-1；k2為擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)，g/(mg·min-1)；qt為tmin的吸附值，mg/g；qe為理論吸附平衡的吸附值，mg/g；qc為實(shí)際吸附平衡的吸附值，mg/g。

3 結(jié)論

本文研究了劑料比、炭化溫度、升溫速率以及炭化停留對(duì)速生桉樹(shù)皮基活性炭物化性能的影響，同時(shí)探究了最優(yōu)條件下的桉樹(shù)皮基活性炭對(duì)環(huán)丙沙星的吸附性能。結(jié)果表明：

① 速生桉樹(shù)皮基活性炭的制備受劑料比和升溫速率的影響顯著，在最優(yōu)條件下制備的速生桉樹(shù)皮基活性炭，其比表面積可達(dá)611.37 m2/g，孔徑分布為3～5 nm，對(duì)碘的吸附量可達(dá)1 225 mg/g。

② FTIR譜圖和XPS譜圖分析表明，劑料比越大，其O/C越大，表面含氧官能團(tuán)越豐富。XRD分析與激光拉曼譜圖分析表明，速生桉樹(shù)皮基活性炭為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，其表面無(wú)序化程度隨劑料比的增加而增加，C-Y無(wú)序化程度更大，表明無(wú)序化程度還與升溫速率有關(guān)。

③ 采用C-Y對(duì)環(huán)丙沙星進(jìn)行吸附，當(dāng)初始濃度為200 mg/L，吸附平衡時(shí)間為24 h時(shí)，吸附量達(dá)到122.5 mg/g。Langmuir模型可以較好描述的C-Y對(duì)環(huán)丙沙星的吸附行為。其對(duì)環(huán)丙沙星的吸附過(guò)程符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。