发布日期：2018-11-10 11:31 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
报道了一种实质性的方法，即将废弃日期坑转化为丝光介孔日期坑活性炭（DPAC）并利用它去除Cd（II），Cu（II），Pb（II）和Zn（II）。 通常，快速的重金属吸附动力学 范围：观察到25
工业排放是重金属的主要载体的表面和次表面的水，限制了对人类使用清洁水的可用性，因此构成潜在的健康危害[ 1，2 ]。生物累积，不可降解性和持久性的趋势是重金属的一些主要属性。在重金属中，镉[Cd（II）]和铅[Pb（II）]属于水系统中存在的一类高毒性（致癌或可疑致癌物质）二价重金属，而铜[Cu（II）]和锌[Zn（II）]的微量元素对人类的正常生长发育至关重要。但是，大量的Cu（II）可引起胃肠道粘膜炎，血色素沉着症和皮肤炎皮病[ 3 ] [ 3]]，而Zn（II）可引起金属烟雾热和烦躁不安[ 4 ]。由于它们对人类健康的不利影响，各国已严格规定限制其废水和饮用水供应的水平。世界卫生组织（WHO）对饮用水中Cd（II），Pb（II），Zn（II）和Cu（II）设定的最大允许限量分别为0.003,0.010,3.0和2.0 mg / L. [ 5 ]。根据沙特阿拉伯标准组织（SASO），瓶装饮用水中上述重金属的最大允许限量分别为0.003,0.010,0.1和1 mg / L [ 6]。因此，为了保护人类健康并维持天然水库的质量，必须检查并尽量减少废水中的重金属，然后将其排放到水库和饮用水供应中。
化学沉淀，生物降解，电凝，絮凝和氧化是一些常规的水处理技术。根据处理标准，废水中存在的污染物的多样性限制了这些水质整改技术。吸附被认为是一种神化治疗过程，因为它对污染物无特异性，不论其多样性如何[ 7 ]。两个碳质[ 8，9 ]和非碳质[ 3，10吸附剂已用于从水性介质中除去重金属。但在经济和生态方面，源自植物和动物废物前体的碳质吸附剂优先于非碳质吸附剂和市售活性炭。而且，这些碳质吸附剂是高度多孔的，具有大的内表面积[ 11 ]。
枣椰树是世界中东亚洲和北非地区的土生土长的树。它生产枣果，这是这些地区的主要粮食作物。沙特阿拉伯是世界上最大的约会水果生产国之一。统计数据显示，超过157,000公顷的土地拥有2500万棵棕榈树，每年产生110万吨日期。据报道，沙特阿拉伯出口的日果仅为5％，其余均在当地消费[ 12 ]。形态上，日期果实由可食用的肉质果皮组成，覆盖坚硬的内果皮（种子），通常称为日期果蝇（DP），是日期果实的6-12％[ 13 ]。化学上，DP由水分组成：5-10％，灰分：1-2％，蛋白质：5-7％，油：7-10％，粗纤维：10-20％，碳水化合物：55-65％[ 14]。在通常的做法中，DP在食用可食用的日期果肉之后被抛出并且被认为是废物。正在研究废物DP的实质性利用方法。一些研究人员专注于探索药物应用[ 15 ]，而其他研究人员则致力于探索DP 的营养价值[ 16 ]。环境科学家在挖掘DP应用以保护环境方面也不甘落后。
日期植物废弃物由于其低成本和在去除大范围环境污染物方面的显着吸附潜力而作为通过物理和化学活化制备含碳吸附剂的前体材料而受到相当大的关注[ 17 ]。物理（蒸汽）和化学（磷酸，H 3PO 4 ;氢氧化钾，KOH;硝酸，HNO 3）活化DP碳（AC）被开发并用于吸附Pb（II）和Cd（II）来自水。观察到的Pb（II）和Cd（II）的最大吸附容量分别为139和129 mg / g [ 18]。研究了Cu（II）和Cd（II）对DP化学（氢氧化钠，NaOH）活化AC的吸附行为，Cu（II）和Cd（II）的最大吸附容量分别为118.1和88.4 mg / g。 [ 19 ]。Al-Ghouti等[ 20 ]利用原始DP去除Cu（II）和Cd（II）。72小时后Cu（II）和Cd（II）的缓慢吸附动力学达到平衡，Cu（II）和Cd（II）的最大吸附容量分别高达35.9和39.5mg / g。Oubekka及其同事合成了TEMPO / NaBr / NaOCl改性DP，并测试了其在去除Cd（II）和Pb（II）方面的吸附潜力。观察到的Cd（II）和Pb（II）的最大吸附容量分别为8.6和55.6 mg / g [ 21]。制备氧化钙活化的DP碳并测试从水中去除Cu（II）和Ni（II）[ 22 ]。在293K下观察到的Cu（II）和Ni（II）的最大吸附容量分别为37.3和29.9mg / g，而平衡时间为180min。在硫酸活化的DP碳上测试Pb（II）和Zn（II）的吸附[ 23]。在pH：6.0和293K下观察到Pb（II）（19.6mg / g）和Zn（II）（10.6mg / g）的最大去除，而观察到的平衡时间为60分钟。尽管如此，有许多研究报道了使用原始和改性DP来螯合水相中的重金属。但据我们所知，在广泛的文献调查中，大多数研究报告了使用原始和改性DP从水中去除一种或两种重金属。
以前，我们开发了DP char，用碱性金属氢氧化物即化学活化它。NaOH和KOH，并优化其物理和化学活化条件，以获得最高产量的DP活性炭（DPAC）和最大的亚甲蓝吸附能力[ 24 ]。在此，一项全面的研究聚焦于利用先前优化的DPAC吸附去除四种潜在毒性的二价重金属，即。从水性介质中进行Cd（II），Pb（II），Cu（II）和Zn（II）。DPAC的特点是能够理解重金属吸附前后的表面化学。为了测试合成DPAC的经济可行性，进行了解吸实验。
通过使用购自BDH Chemical，England的硝酸盐制备1000mg / L Cd（II），Pb（II），Cu（II）和Zn（II）的储备溶液。盐酸（HCl）购自德国的Sigma-Aldrich。从德国默克购买氢氧化钠（NaOH）。使用的其他化学品和试剂是分析试剂（AR）级或指定的。在整个实验中使用去离子（DI）水。
收集DP，用去离子水洗涤，在80℃的真空烘箱中干燥过夜以除去水分。将干燥的DP机械研磨并筛分至250μm粒度。将DP粉末在炉中在500℃下以20℃/ min的加热速率碳化2小时。用NaOH活化碳化的DP（DPC）粉末。将DPC粉末和NaOH以1：3（wt：wt。％）比例混合。加入10mL去离子水/克NaOH以制备悬浮液。将悬浮液在磁力搅拌器上连续搅拌6小时。此后，将悬浮液在烘箱中在100℃下干燥24小时。此外，将其转移到船形坩埚中，放入管式炉中，在100 mL / min N 2下加热至800°C 1.5小时。流。1.5小时后，在管式炉内冷却至室温。将制备的DPAC用0.1M HCl洗涤数次直至达到pH：~1，用热DI水进一步洗涤DPAC直至达到pH：~6.5。通过使用尺寸为0.45μm的纤维素膜过滤器分离DPAC。并在110℃的烘箱中干燥24小时。
傅里叶变换红外（FT-IR）光谱仪（FT-IR; Nicolet 6700 FTIR Thermo Scientific）用于描述DPAC表面上存在的官能团（重金属吸附前），并找出积极参与重金属的官能团结合DPAC表面（重金属吸附后）。DPAC的热稳定性通过热重分析（TGA; Mettler Toledo TGA / SDTA851和Starc软件）分析仪在温度范围：25-850℃，N 2流下以10℃/ min的加热速率测试。通过扫描电子显微镜（SEM; Hitachi Co.，Japan，型号S3400N）与能量色散X射线（EDX; Thermo Scientific Co.，USA）测定重金属吸附前后DPAC的表面形态和元素组成。 ）。
将含有0.05g DPAC的100mL锥形瓶用50mL初始浓度（C o）：50mg / L的重金属溶液在等温水浴振荡器上以100rpm和298K平衡。在平衡时，样品通过Whatman过滤使用原子吸收光谱仪（Perkin Elmer：Pin AAcle 900T）测定41号滤纸和残余重金属浓度。研究了重金属溶液pH对吸附的影响，初始pH（pH i）范围：1-9。接触时间研究的范围为：1-1440分钟，各种重金属C o范围：25-100 mg / L，温度（T）：298 K.等温线和热力学研究也进行了C o 范围：25-300 mg / L，T范围：298-318 K.平衡时和t时的重金属吸附容量和吸附％测定如下：
其中V是溶液（L）的体积，m是DPAC（g）的质量，C o，C e和C t分别是水溶液中重金属的初始，平衡和时间t浓度。
为了评估合成的DPAC的经济可行性，解批研究以分批模式进行。最初，DPAC（0.05克）用50毫升的重金属溶液饱和Ç ø：50毫克/升1440分钟。在平衡时，分离固相（吸附剂）并用去离子水洗涤数次以除去重金属离子痕量。为了洗脱吸附的重金属离子，用50mL HCl（0.1和0.05M），HNO 3（0.1和0.05M）和H 2 SO 4（0.1和0.05M），CH 3处理饱和吸附剂。在环境温度（298K）条件下在水浴振荡器上COOH（0.1和0.05M）1440分钟。定量分析解吸的重金属离子浓度，计算％解吸附：
为确保研究期间的重复性，批次模式吸附和解吸实验均进行了两次，仅报告了平均值。
进行初步实验以测试DPAC对单金属体系中八种潜在有毒重金属的吸附潜力。S1图说明了DPAC上重金属吸附的顺序。在测试的重金属中，观察到Cr（VI）的吸附最少（2.22 mg / g），然后是Cr（III）<Ni（II）<Co（II）<Zn（II）<Pb（II）<Cu （II）<Cd（II）。在测试的重金属中，Cd（II）在DPAC上的吸附最高（44.9mg / g）。因此，Cd（II），Zn（II），Pb（II）和Cu（II）在测试的重金属中具有相对较好的吸附性能，并具有吸附顺序：Cd（II）> Cu（II）> Zn （II）>选择Pb（II）进行详细的吸附研究。
一般来说，重金属的吸附取决于它们的水合半径，水合能，电负性和重金属水相的溶解度[ 25]。]。Cd（II），Zn（II），Pb（II）和Cu（II）的水合半径，水合能和电负性分别为4.26,4.30,4.01和4.19; -1807，-1955，-1481和-2010kJ / mol; 分别是1.69，1.65，2.33和2.00。重金属的水合半径越小，其在碳表面上的吸附越快且定量越大。水合能使水分子从水相中的重金属阳离子分离，从而反映了重金属阳离子在吸附过程中与碳表面相互作用的容易程度。因此，更多的重金属阳离子水合，其水合能更强，并且它与吸附剂相互作用更小[ 26 ]。此外，重金属的电负性越高，其定量吸附的倾向越大[27 ]。考虑到上述解释，研究的重金属在DPAC上的吸附应遵循不同的顺序。如果考虑水合半径和电负性，DPAC上重金属的吸附顺序应为Pb（II）> Cu（II）> Cd（II）> Zn（II）。如果考虑水合能，则顺序应为Pb（II）> Cd（II）> Zn（II）> Cu（II）。相反，实验观察到的重金属吸附顺序在研究过程中是不同的，证实吸附不仅取决于重金属离子性质，还取决于物理（即表面积，孔径）和化学（即官能团）。和DPAC的表面电荷特性。
图1A显示了Pb（II），Cd（II），Zn（II）和Cu（II）在DPAC上的吸附，初始pH（pHi）范围：1-9。研究pHi范围和C o：50 mg / L时Cd（II），Pb（II），Cu（II）和Zn（II）的吸附量从6.2增加到48.6 mg / g; 0至48.4毫克/克; 9.6至48.4毫克/克; 和0至48.2毫克/克。在较低的pH我值，DPAC表面的过度质子化渲染重金属结合，从而导致上DPAC吸附低。随着pH值我随着值的增加，质子和重金属离子之间的竞争占据DPAC表面位置减少，从而增加了DPAC上重金属离子的吸附。此外，在高酸性条件下完成重金属吸附后，观察到最终pH（pH f）值向中性pH值的增加（图1B），表明中和和吸附是平行过程[ 28 ]。在研究期间pH i值进一步增加时，pH f值保持或多或少中性。在更高的pH 我值，重金属由于金属氧化物的形成的沉淀发生。报告的pH值i镉（II），铅（II），锌（II）和Cu（II）沉淀分别为9.2 [值29 ]，> 7 [ 27 ]，> 8 [ 9 ]和8.5 [ 30 ]因此，pH值我：7针对吸附研究进行了优化。
pH对重金属吸附的影响（a），初始pH（之前）和最终pH（之后）重金属吸附（b）到DPAC上的影响（实验条件： m：0.05 g，t：24 hr，C o：50 mg / L，V-50mL，搅拌速度-100rpm，T-298K）。
图2A-2D说明了在不同的初始浓度（C o），即25,50和100 mg /d下，Cd（II），Zn（II），Cu（II）和Pb（II）吸附的接触时间图。 L在DPAC上。总体而言，初始重金属在不同C o下的吸附迅速，如陡坡所示，实现了77-96％，63.8-97.3％，87.5-96.8％，35-91.7％的Cd（II），Zn吸附量（ II），Cu（II）和Pb（II）分别在接触时间的15分钟内，最终在360分钟内达到平衡，如图的平台区域所示。但观察到较慢的吸附动力学的Zn（II）在Ç Ô：100毫克/升和铅（II）在Ç Ô：25mg / L，分别在15分钟内完成63.8和35％的吸附。此外，对于最初的15分钟，随着C o的增加，Zn（II）和Pb（II）吸附的比例增加，而在类似的情况下观察到Cd（II）和Cu（II）的不规则吸附趋势。实验条件。研究C o范围内Cd（II），Zn（II），Cu（II）和Pb（II）的平衡吸附容量在24.8和98.2 mg / g之间变化; 25和69.8毫克/克; 24.1和98.5毫克/克; 分别为22.4和94.4mg / g。观察到Cd（II）吸附在竹炭上的相似平衡时间（360 min），C o：100 mg / L，平均吸附容量为18.20 mg / g [ 31]并且对于CMOC上的Zn（II）吸附，C o：50 mg / L，40 mg / g作为平衡吸附容量[ 9 ]。相对更快的平衡时间（180分钟）Pb（II），Cu（II）和Hg（II）吸附到AC废弃椰子纽扣上，C o范围：25-100 mg / L之前报道，而幅度它们各自的平衡吸附容量为12.45-44.40mg / g; 11.92-36.40 mg / g; 和12.21-40.77 mg / g [ 32]，相对较少。Kula等[ 33 ]观察了90分钟作为Cd（II）吸附在橄榄石上的AC吸附平衡时间为1.65 mg / g作为C o的平衡吸附容量。：45mg / L，T：30℃。观察到Cu（II）和Zn（II）吸附到CS600生物炭上的较慢动力学（1440分钟），其具有10.2和7.8mg / g作为它们各自的平衡吸附容量[ 34 ]。对于Cd（II）在PAC上的吸附，观察到的平衡时间为240分钟，在C o：100 mg / L和T：30°C时的平衡吸附容量为15.7 mg / g [ 35 ]。
接触时间对DPAC上不同浓度的Cd（II）（a），Zn（II）（b），Cu（II）（c）和Pb（II）（d）吸附的影响。（实验条件： m：0.05g，V：50mL，搅拌速度：100rpm，T：298K，pH i：7）。
两个参数Langmuir [ 36 ]和Freundlich [ 37 ]等温模型（线性和非线性形式）应用于不同温度下的吸附数据，即。25,35,45℃。有关模型的详细信息，请参阅补充信息（S1文本）。表Tables11和AND22所呈现线性和非线性等温线的数据。由非线性等温线模型描绘的25℃下Pb（II），Cd（II），Cu（II）和Zn（II）的最大单层吸附容量（q m）的大小为133.49,212.10,194.45，和111mg / g分别随温度的升高而降低。类似的q通过线性等温线模型观察到不同大小的 m趋势。Pb（II）和Cd（II）在DPAC上的吸附的回归系数（ R 2）值（从线性和非线性模型获得）显示Langmuir模型的适用性，非线性等温线图很好地支持（图如图3A和3B所示，尽管Freundlich模型更适合Cu（II）和Zn（II）吸附数据，但通过它们的非线性等温线图进一步证实（图3C和3D）。在不同温度下DPAC上重金属吸附的分离因子（ R L）值在良好的吸附过程范围内。由Freundlich常数 K f表示的吸附程度随着温度的升高而降低，在较高温度下吸附较少。在不同温度下研究的重金属的n的大小在物理吸附过程的范围内。
DP（II）（a），Pb（II）（b），Cu（II）（c）和Zn（II）（d）吸附在DPAC上的非线性等温线[♦：q e，exp。; ___：Langmuir等温线; ......：Freundlich等温线为25（黑色），35（红色）和45（蓝色）°C]。
|
温度 （K） |
线性等温线模型 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 朗缪尔 | 符合Freundlich | ||||||
|
q m （mg / g） |
b （L / mg） |
R L. |
R 2 |
K f （mg / g）（L / mg）1 / n |
ñ |
R 2 |
|
| 铅（II） | |||||||
| 298 | 129.9 | 0.2391 | 0.0137 | 0.9993 | 33.2 | 3.33 | 0.7748 |
| 308 | 80.0 | 0.1120 | 0.0289 | 0.9982 | 21.9 | 3.96 | 0.9177 |
| 318 | 73.5 | 0.1027 | 0.0314 | 0.9982 | 19.1 | 3.84 | 0.9125 |
| 镉（II） | |||||||
| 298 | 217.4 | 0.1488 | 0.0219 | 0.9805 | 42.2 | 2.62 | 0.9406 |
| 308 | 149.2 | 0.0668 | 0.0475 | 0.9947 | 26.7 | 2.96 | 0.9268 |
| 318 | 128.2 | 0.0635 | 0.0499 | 0.9968 | 16.4 | 2.66 | 0.9381 |
| 铜（II） | |||||||
| 298 | 156.25 | 0.0407 | 0.0757 | 0.9444 | 16.68 | 2.34 | 0.9836 |
| 308 | 121.95 | 0.0325 | 0.0930 | 0.9487 | 16.12 | 2.76 | 0.9822 / |
| 318 | 107.52 | 0.0276 | 0.1077 | 0.9217 | 13.95 | 2.80 | 0.9692 |
| 锌（II） | |||||||
| 298 | 100 | 0.0532 | 0.0590 | 0.9819 | 20.18 | 3.39 | 0.8016 |
| 308 | 84.0 | 0.0424 | 0.0729 | 0.9710 | 14.62 | 3.20 | 0.9853 |
| 318 | 79.4 | 0.1850 | 0.0177 | 0.9382 | 6.18 | 2.35 | 0.9666 |
|
温度 （K） |
非线性等温线模型 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 朗缪尔 | 符合Freundlich | ||||||
|
q m （mg / g） |
b （L / mg） |
R L. |
R 2 |
K f （mg / g）（L / mg）1 / n |
ñ |
R 2 |
|
| 铅（II） | |||||||
| 298 | 133.49 | 0.2233 | 0.0147 | 0.9703 | 38.84 | 3.76 | 0.8091 |
| 308 | 77.93 | 0.1524 | 0.0214 | 0.9813 | 25.71 | 4.64 | 0.9662 |
| 328 | 72.14 | 0.1327 | 0.0245 | 0.9954 | 24.48 | 5.42 | 0.9759 |
| 镉（II） | |||||||
| 298 | 212.10 | 0.1605 | 0.0203 | 0.9852 | 50.27 | 3.03 | 0.9490 |
| 308 | 144.62 | 0.0799 | 0.0400 | 0.9424 | 26.81 | 2.97 | 0.9411 |
| 328 | 150.23 | 0.0194 | 0.1466 | 0.9890 | 14.22 | 2.44 | 0.9553 |
| 铜（II） | |||||||
| 298 | 194.45 | 0.0180 | 0.2358 | 0.9516 | 17.42 | 2.39 | 0.9821 |
| 308 | 144.85 | 0.0169 | 0.1647 | 0.9261 | 13.74 | 2.54 | 0.9844 |
| 328 | 134.43 | 0.0133 | 0.2004 | 0.9349 | 12.76 | 2.58 | 0.9483 |
| 锌（II） | |||||||
| 298 | 111 | 0.0303 | 0.0991 | 0.9228 | 19.36 | 3.28 | 0.9798 |
| 308 | 105.69 | 0.0113 | 0.2278 | 0.8782 | 18.80 | 2.41 | 0/9785 |
| 328 | 88.96 | 0.0041 | 0.4484 | 0.5920 | 1.15 | 1.32 | 0.9716 |
通过伪一级[ 38 ]和伪二级[ 39 ]动力学模型模拟DPAC上Cd（II），Pb（II），Cu（II）和Zn（II）的吸附动力学数据。有关模型的详细信息，请参阅补充信息（S2文本）。表3显示了在C o：25-100mg / L下DPAC上的Cd（II），Zn（II），Cu（II）和Pb（II）的吸附的动力学参数。在研究的C o中DP（II），Pb（II），Cu（II）和Zn（II）吸附对DPAC的拟二级动力学模型的相对较高的R 2值范围揭示了伪二阶模型的适用性。另外，伪二级动力学模型的适用性也通过更接近的q e，exp证实。和q e， DPAC上重金属吸附的cal值。在研究期间，观察到伪二级速率常数（k 2）的降低和重金属吸附容量随着C o的增加而增加。吸附容量的增加是由于在较高浓度下由较大压力梯度施加的驱动力的增加。此外，C o处的重金属k 2：发现25mg / L依次降低：Zn（II）> Cd（II）> Cu（II）> Pb（II）。在C o：50和100 mg / L时，k 2值遵循以下顺序：Cd（II）> Cu（II）> Zn（II）> Pb（II）和Cu（II）> Cd（II）> Zn （II）> Pb（II），分别表明在不同的C o下不同重金属的有利性，在DPAC上容易和快速吸附。
|
C o （mg / L） |
q e，exp。 （毫克/克） |
动力学模型 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 伪一阶 | 伪二阶 | ||||||
|
q ê，CAL。 （毫克/克） |
K 1 （1 / min） |
R 2 |
q e，cal （mg / g） |
K 2 （g / mg-min） |
R 2 | ||
| 镉（II） | |||||||
| 25 | 24.83 | 1.02 | 0.0124 | 0.8595 | 24.87 | 0.0344 | 1 |
| 50 | 49.38 | 3.19 | 0.0051 | 0.7560 | 49.50 | 0.0130 | 0.9995 |
| 100 | 98.50 | 10.89 | 0.0090 | 0.9001 | 98.04 | 0.0077 | 1 |
| 锌（II） | |||||||
| 25 | 24.99 | 4.79 | 0.0055 | 0.8862 | 25 | 0.0902 | 1 |
| 50 | 43.30 | 7.94 | 0.0041 | 0.9169 | 43.67 | 0.0099 | 0.9997 |
| 100 | 69.80 | 26.18 | 0.0001 | 0.9053 | 70.42 | 0.0010 | 0.9998 |
| 铜（II） | |||||||
| 25 | 24.09 | 2.55 | 0.0028 | 0.7146 | 22.88 | 0.0310 | 1 |
| 50 | 49.15 | 1.03 | 0.0163 | 0.9195 | 49.26 | 0.0114 | 1 |
| 100 | 98.54 | 5.41 | 0.0163 | 0.9419 | 99.01 | 0.0085 | 1 |
| 铅（II） | |||||||
| 25 | 22.40 | 11.95 | 0.0055 | 0.8848 | 23.81 | 0.0084 | 0.9923 |
| 50 | 45.10 | 10.54 | 0.0101 | 0.9218 | 45.87 | 0.0062 | 0.9996 |
| 100 | 94.40 | 3.66 | 0.0064 | 0.7721 | 94.34 | 0.0009 | 1 |
热力学参数即。Gibb的自由能变化（ΔG°），标准焓变（ΔH°）标准熵变（ΔS°）和活化能（E a）吸附Cd（II），Pb（II），Cu（II）和计算DPAC上的Zn（II）。
Van't Hoff方程用于评估ΔS°和ΔH°的大小，表示为：
其中R（8.314 J / mol-K）是通用气体常数，T（K）是绝对温度，K c是标准热力学平衡常数，C Ae（mg / L）和C e（mg / L）是固体和溶液相上重金属的平衡浓度。
ΔG°的大小计算如下：
Dubinin-Radushkevich（DR）等温线模型[ 40 ]用于计算DPAC上重金属吸附的E a值，数学表示为：
其中q m（mmol / g）是DR单层容量，β（mol 2 / kJ）是与吸附能量相关的常数，ɛ是与平衡浓度（C e）相关的Polanyi势。
其中R是通用气体常数（8.314 J / mol-K），T（K）是绝对温度。
所述Ë 一个（千焦/摩尔）被计算为：
表4列出了在C o：25,100和300 mg / L下吸附Zn（II），Cd（II），Cu（II）和Pb（II）对DPAC的热力学参数。DPAC上不同浓度的重金属吸附是放热的，如负ΔH°值所示，与以前开展的关于不同工业废物上染料吸附的研究一致[41]]。所研究的重金属的吸附的ΔS°值是负的，表明固体/溶液界面处的随机性降低。观察到负和正ΔG°值均表明重金属在DPAC上的自发和非自发性质。在较低的重金属浓度和温度下，ΔG°值为正，但在较高浓度和温度下观察到负值。在DPAC上吸附重金属的E a值在物理吸附范围内，即<8kJ / mol。
|
C o （mg / L） |
热力学参数 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
E a （kJ / mol） |
ΔH° （kJ / mol） |
ΔS° （J / mol-K） |
ΔG° （kJ / mol） |
|||||
| 298 K. | 308 K. | 318 K. | 298 K. | 308 K. | 318 K. | |||
| 锌（II） | ||||||||
| 25 | -31.13 | -82.34 | 6.61 | 5.72 | 4.97 | |||
| 100 | 0.707 | 0.707 | 0.500 | -102.43 | -324.51 | 6.14 | 1.59 | -0.29 |
| 300 | -34.20 | -117.72 | -0.78 | -2.25 | -3.12 | |||
| 镉（II） | ||||||||
| 25 | -96.93 | -290.12 | 10.68 | 7.14 | 4.91 | |||
| 100 | 2.236 | 0.745 | 0.408 | -95.89 | -296.82 | 7.52 | 4.32 | 1.59 |
| 300 | -49.51 | -159.61 | 2.12 | -0.04 | -1.04 | |||
| 铜（II） | ||||||||
| 25 | -76.63 | -227.09 | 9.54 | 5.44 | 5.08 | |||
| 100 | 1.581 | 0.500 | 0.500 | -25.69 | -76.76 | 2.86 | 1.95 | 1.33 |
| 300 | -2.99 | -17.64 | -2.25 | -2.47 | -2.60 | |||
| 铅（II） | ||||||||
| 25 | -120.49 | -373.95 | 9.23 | 4.91 | 1.78 | |||
| 100 | 1.581 | 0.500 | 0.224 | -58.43 | -194.12 | 0.57 | -1.33 | -3.32 |
| 300 | -15.97 | -60.19 | -1.94 | -2.62 | -3.14 | |||
如图4所示，在解吸附研究期间从饱和DPAC洗脱Cd（II），Zn（II），Pb（II）和Cu（II）离子。测试浓度为0.05和0.1M的HCl，H 2 SO 4，HNO 3和CH 3 COOH溶液作为洗脱液。Zn（II）的洗脱最大（70.1％），0.1M HCl，然后0.1MH 2 SO 4（68.9％）> 0.05M HCl（68.1％）> 0.05M HNO 3（67.9％）> 0.1M HNO 3（67.3％）> 0.05 M CH 3 COOH（64.4％）> 0.1 M CH 3COOH（63.5％）> 0.05 MH 2 SO 4（60.6％）。用0.1M HCl洗脱最大量（81.6％）的Cu（II），然后用0.05M HCl（81.4％）> 0.1MH 2 SO 4（79.8％）> 0.05MH 2 SO 4（73.2％）> 0.1M 洗脱。CH 3COOH（73％）> 0.05M CH 3 COOH（72.4％）> 0.1M HNO 3（72.2％）> 0.05M HNO 3（69.1％）。对于Pb（II），最大量（96％）用0.1M HCl洗脱，然后用0.05M HCl（93％）> 0.1MH 2 SO 4（86.4％）> 0.05M HNO 3（85.2％）> 0.05MH 2洗脱。SO 4（81.5％）> 0.1 M CH 3COOH（80.3％）> 0.1 M HNO 3（79.8％）> 0.05 M CH3 COOH（78.4％）。Cd（II）的洗脱最大为0.1 M HCl（78.2％），然后是0.05 M CH 3 COOH（77.6％），0.1 M CH 3 COOH（74.7％），0.05 M HCl（74.1％），0.05 M HNO 3（72.4％），0.1M HNO 3（70.3％），0.05MH 2 SO 4（70.3％），0.1 MH 2 SO 4（69.7％）。用pH为约1的强酸0.1M HCl研究的重金属的最大洗脱表明二价重金属离子和质子之间发生离子交换过程。在重金属洗脱过程中，来自0.1M HCl的过量质子形成围绕DPAC表面的屏蔽，破坏螯合重金属离子的配位球，因为它们不能与质子竞争导致它们的洗脱。此外，与其他强酸（即HNO 3和H 2 SO 4）相比，较低的重金属洗脱可能是由于NO 3 -和SO 4 2-离子的离子尺寸比Cl -离子大。
通过不同的洗脱液从DPAC中解吸Zn（II）（a），Cu（II）（b），Pb（II）（c）和Cd（II）（d）。
图5示出了前DPAC的表面形态的（a）和重金属后（B-e）中吸附。对于原始DPAC，观察到具有不同尺寸的不均匀孔的高度多孔表面。表面为介孔，BET表面积为377.6 m2/ g [24]。在重金属吸附之后，DPAC孔被完全占据，导致形成粗糙且不均匀的DPAC表面，其中重金属沉积为聚集体，使得多层重金属覆盖在DPAC表面上。这些形态变化证实了重金属在DPAC表面上的结合。S1表介绍了DPAC的元素组成（重金属吸附前后）。在重金属吸附之前，DPAC表面上存在C，O和痕量的Na。痕量Na的存在证实了用NaOH成功活化DPAC。观察到DPAC表面的C含量略有下降和重金属痕迹，而重金属吸附后Na痕迹消失。这表明离子交换可能是DPAC上可能的重金属吸附机制。通过热重量（TGA）分析在25-850℃的温度范围内测试DPAC的热稳定性。图6A结果表明，在上述温度范围内，两个阶段的总重量损失为28.3％。温度范围的第一阶段重量损失：约25-165℃，8.3％，由于挥发性气体和水分的损失而发生。在第二阶段，由于半纤维素，纤维素和木质素分解成焦油和气体，在温度范围内观察到20％DPAC重量损失：~165-800℃。图6B显示了重金属吸附之前和之后DPAC的FT-IR光谱。结果显示在DPAC表面上存在羟基和羧基。DPAC中O-H伸缩振动的强吸收带特征出现在3420cm -1处。2920和2825 cm -1处的强带对应于烷烃C-H伸缩振动。1720和1600cm -1处的峰分别对应于C = O和C = C的拉伸。1410和1370cm -1之间的峰分别对应于烷烃中的C-H弯曲和摇摆。另外，DPAC光谱显示在1140.53和1060cm -1处的吸收峰，其表征CO基团。在重金属吸附后观察到由于金属结合在DPAC表面上的峰位置的轻微光谱移动或减少/消失，这归因于与羧酸盐和羟基酸盐阴离子相关的抗衡离子的变化，表明酸性基团，羧基和羟基是主要贡献者。在金属离子吸收。[ 42此外，在重金属吸附后的DPAC光谱中出现了分别归因于Zn-O，Pb-O，Cd-O和Cu-O的820,825,845 和885cm -1处的新峰的形成。金属氧化物的类似光谱峰出现在其他地方。[ 43 ]。
DPAC在（a）之前和之后以及在Cu（II）（b），Zn（II）（c），Cd（II）（d），Pb（II）吸附之后的SEM图像。
TGA图（a），重金属吸附前后DPAC的FT-IR光谱（b）。
具有极高BET表面积的介孔丝光日期坑活性炭（DPAC）显示出从水性介质中吸附Cd（II），Pb（II），Cu（II）和Zn（II）的有希望的结果。初步吸附研究表明，Cd（II）最大吸附在DPAC上，然后是Cu（II）> Pb（II）> Zn（II）。实验参数对重金属吸附过程有重要影响。观察到具有放热性质的物理吸附过程。通常，对于研究的C o，吸附动力学是快速的范围。用0.1M HCl洗脱最大量的重金属。在热分析期间观察到温度范围内的两步28.3％DPAC样品总重量损失：25-850℃。在红外光谱分析期间与酸官能团相关的峰的变化/消失证实它们参与DPAC上的重金属吸附。
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