对原料资源评估的研究表明，许多农业废弃物原料可用作吸附材料。我们研究了吸附因子，如初始浓度（25至125 mg / l），pH（2至12），温度（30至60°C）吸附剂剂量（0.50至1.50 gm / l）和粒径（0.05至通过使用分批吸附技术获得有关处理来自染料工业的流出物的信息，使用0.5mm）。结果表明，Peel Peanuts活性炭（PPAC）是有效的，其在30℃下的去除率达到99％亚甲基蓝。亚甲蓝的吸附高度依赖于pH（6-8），吸附随初始MB浓度增加而增加。还发现温度和较小的吸附物颗粒增加了MB的去除百分比，其中去除率达到99。在60℃下9％亚甲基蓝。PPAC在PPAC上的吸附符合Langmuir模型，证实了吸附物分子可以吸附在吸附剂材料表面上的一层厚度的假设。在不同条件下的动力学模型的比较表明，伪二级动力学模型很好地关联了实验数据。热力学参数表明吸附过程是吸热的。这与随着温度升高而增加的吸附速率一致。在不同条件下的动力学模型的比较表明，伪二级动力学模型很好地关联了实验数据。热力学参数表明吸附过程是吸热的。这与随着温度升高而增加的吸附速率一致。在不同条件下的动力学模型的比较表明，伪二级动力学模型很好地关联了实验数据。热力学参数表明吸附过程是吸热的。这与随着温度升高而增加的吸附速率一致。

关键词

动力学模型; 活性炭; 花生壳; 热力学参数

介绍

吸附是通过在该相与单独的（固相）相之间的界面处积聚而从该相中除去最初存在于一相中的物质的过程。原则上，吸附可以发生在任何固体流体界面处。实例包括气-固界面和液体-固体界面[ 1，2 ]研究了硬木锯末碱性染料的吸附平衡的条件下，他们发现astrazone蓝色的上山毛榉木的吸附（碱性蓝FRR 69）符合与Langmuir和Fuendlisch 等温线。吸附温度对减少接触时间的影响最大。在接触时间的减少44.4％，通过提高从25温度而获得至80℃[ 3，4]测试了玉米cobe（农业废弃物）吸附染料的能力。作者研究了两种基本染料（astrazone-blue和maxilon-red）和两种酸性染料（telon-blue和erionylred）在玉米cobe上的吸附。他报告说，虽然在碱性染料（160个94.5毫克astrazone的蓝色和maxilone红色每克玉米COBE，分别地），低的情况下，观察到较高的吸附吸附观察到酸性染料（47.7和41.4毫克erionyl-的每gm相同的吸附剂分别为红色和telon-blue）。进一步的研究[ 5，6]表明吸附速率通过增加搅拌速率而增加，并通过增加颗粒尺寸而减小。这些报告研究了一些基本染料的吸附平衡，即玉米棒的海岸上的基本蓝色和碱性红22。麦凯等人。[ 7 ]研究了四种染料在蔗渣中的吸附（果汁提取后剩余的糖业的副产物）吸附两种碱性染料，即碱性蓝69和碱性红22，以及两种酸性染料，包括酸 -蓝色3和酸性红114. Gupta等。[ 8研究了采用不同比例的粉煤灰和煤混合吸附剂从水溶液中去除欧米茄铬染料红（ME），对活性炭，粉煤灰，煤和粉煤灰的吸附能力和滑移率进行了对比研究。 - 煤混合物（1：1）显示飞灰和煤的混合物（1：1）可以代替活性炭。El-Saiid等人。[ 9，10 ]研究了因素影响去除从工业碱性染料即rosaniline（碱性紫14），和亚甲基蓝（碱性蓝9）的废水他们使用埃及甘蔗渣（制糖工业的废物副产品）作为吸附剂，他们说甘蔗渣是一种合适的吸附剂，亚甲蓝对甘蔗渣的亲和力比玫瑰精胺高得多。拉希德等人。[ 11，12 ]报道炭黑（来自天然气的部分氧化副产品结果，托卡哈肥料和化工厂，SEMADCO-埃及，现在命名为埃尔-德尔塔化肥生产）是用于不同的工业应用中作为代替有前途的材料用于商业粉末活性炭。萨卡和波达[ 13研究了水溶液中甲基紫（CI碱性紫）在不同反应条件下对煤，粉煤灰的吸附。他们报告说该过程是吸热和扩散控制的，并遵循一级动力学。平衡数据符合Langmuir吸附模型。Al-Sarawy等人。[ 14 ]研究了在室温下通过粉末活性炭（PAC）和碳烟灰作为吸附剂在室温下从其溶液中去除一些商业可溶性有机染料（干燥紫罗兰，cibacrone黄，活性黄，brokion rabin，活性绿）研究。本菲尔德等人。[ 15研究了各种有机化合物在活性炭上的吸附。他们的结果有助于解释功能，分子量，极性和溶解度等特性对吸附的影响。Low和Lee [ 16 ]研究了使用己烷提取的废漂白土（棕榈油工业中的废料）作为吸附剂去除一些有机染料，他们发现这种吸附剂对碱性染料的吸附亲和力比酸性染料更好。实验数据表明，边界层和颗粒内扩散效应对染料去除率起着重要作用。Safarik等。[ 17]使用磁性炭（通过将细炭颗粒捕获到磁性氧化铁结构中制备）作为吸附剂。该吸附剂可以有效地吸附各种有机化合物。Banerjee等。[ 18 ]研究了粉煤灰对邻二甲苯的吸附动力学，邻二甲苯是工业废水中发现的有机化合物，他们证明了颗粒内扩散机理在闪蒸吸附邻二甲苯中起着重要作用，很明显，吸附速率受扩散过程控制。

本研究的目的是确定利用Peel Peanuts活性炭（PPAC）吸附技术从模拟废水中去除亚甲蓝的最佳条件，研究最佳等温模型拟合数据并研究吸附的动力学和热力学。研究。

材料和方法

果皮花生的制备

用自来水彻底清洗Peel Peanuts以去除污垢和污垢，然后用蒸馏水冲洗几次并风干。将干净的Peel Peanuts在马弗炉中在600℃下碳化3小时。将得到的碳在研钵中轻轻研磨，并使用试验筛振动筛[ 19 ] 进行筛分。

吸附剂激活

在中等温度下使用H 2 SO 4进行化学活化产生高表面积和高度微孔隙率。材料以1：1的重量比与98％的H 2 SO 4在室温下浸泡24小时。将样品置于烘箱中并加热至120±℃，在此保持24小时。此后，使样品冷却至室温并用蒸馏水洗涤并浸泡在1％NaHCO 3溶液中以除去任何残留的酸。然后用蒸馏水再次洗涤样品直至pH达到约6.活性炭在105℃下干燥5小时并筛分至不同的粒度[19]。

批量吸附研究

用PPAC进行批量实验以研究初始吸附剂粒径（0.05至0.5mm），吸附剂剂量（0.25至1.5gm），50ml体积的染料浓度（25至125mg L -1），pH（2至11）和MB吸附的温度（30至60℃）。所用的所有试剂均为AR级（Sigma-Aldrich，Germany）。通过将已知量的染料溶解在蒸馏水中并稀释至所需的初始浓度来制备MB储备溶液。将50ml已知浓度的MB溶液（c o）置于具有所需量吸附剂的100ml锥形烧瓶中，并在不同pH值和不同温度的摇床中摇动不同的时间间隔。然后，将溶液通过滤纸过滤。紫外可见分光光度计（模型PHTOMECH 301-D +，λmax：高达1200，用德语制造）用于测定滤液中MB的剩余浓度。所有吸附实验一式三份进行，平均值用于数据分析。在不添加吸附剂的情况下进行的空白实验证实，染料在烧瓶壁上的吸附可忽略不计。所用染料的细节见表1，结构如图1所示。

吸附等温线研究

染料 - 吸附剂相互作用的主要因素是染料的电荷和结构，吸附剂表面性质，疏水性和亲水性，氢键，静电相互作用，空间效应和范德华力等[ 20 ]。通过吸附等温线描述了提供吸附剂和吸附物容量的平衡研究，吸附等温线通常是在固定温度下平衡时吸附量和溶液中残留量之间的比率。符合Freundlich，Langmuir和BET等温线是描述吸附方程[最早和最简单的已知的关系21，22 ]。

Langmuir等温线

Langmuir方程用于估算对应于吸附剂表面上完整单层覆盖的最大吸附容量，并表示为：

q e =（q max K L C e）/（1 + K L C e）（1）

重排后上述方程的线性化形式由下式给出：

C e / q e = 1 / q max K L + C e / q max（2）

然后通过绘制针对C e的 C e / q e将实验数据拟合到上述用于线性化的等式中

Freundlich等温线

以Freundlich（1926）命名的Freundlich模型是一个经验公式，用于估算吸附剂对吸附质的吸附强度，由下式给出：

q e = K F C e 1 / n（3）

而且，n的值表示吸附物对吸附剂的亲和力。上述方程式可方便地以线性形式使用：

ln q e = ln K F +（1 / n）ln C e（4）

ln C e对ln q e的曲线产生直线表明Freundlich吸附等温线的构象。常数1 / n和ln K F可分别由斜率和截距确定。

BET等温线

BET（Brunauer，Emmeth和Teller）基于吸附质分子可以吸附在吸附剂表面上超过一层厚度的假设得到吸附等温线。他们的方程，如Langmuir方程，假设吸附剂表面由均匀的局部位点组成，并且在一个位置的吸附不影响相邻位点的吸附。此外，假设吸附能保持第一单层，但吸附物的缩合能负责连续层的吸附。这个等式，称为BET方程，通常写成如下：

x / m = A c X m /（c s -c）[1+（A-1）c / c s ]（5）

重新排列BET方程产生：

C /（C s -C）x / m = 1 / AX m +（A-1）（C / C s）/ AX m（6）

因此，对C / C s绘制C /（C s -C）将产生具有斜率（A-1）/ AX m和截距1 / AXm的直线，用于符合BET方程[ 23 ]的吸附过程。

吸附动力学研究

吸附动力学的研究描述了溶质摄取速率，并且显然该速率控制吸附物在固溶界面处的吸收停留时间。使用伪一级，伪二级，Elovich和颗粒内扩散动力学模型分析了PPAC上（MB）吸附的动力学[ 24 ]。

伪一阶模型

伪一阶方程（Lagergren，1898）一般表示如下：

（7）

在t = 0到t = t并且q t = 0到q t = q t时，等式（7）的积分形式变为

（8）

其中k 1和q e可以从图的斜率和截距确定。

伪二阶模型

伪二阶动力学速率方程表示为（Ho等人）：

（9）

在t = 0到t = t并且q t = 0到q t = q t时，等式（9）的积分形式变为：

（10）

可以重新排列等式（4）以获得等式（11），其具有线性形式：

（11）

如果初始吸附速率h（mg / g·min）为：

（12）

等式（11）和（12）变为：

（`13）

等式（11）的（t / q t）和t 的曲线应该给出线性关系，从该线性关系可以分别从曲线的斜率和截距确定q e和k 2。

Elovich模型

Elovich模型方程通常表示为：

（14）

为了简化Elovich方程，Chien和Clayton假设αβt>> t并且通过应用边界条件t = 0到t = t和q t = 0到q t = q t，等式（14）变为：

（15）

qt对ln（t）的曲线应该产生线性关系，其斜率为（1 /β），截距为（1 /β）ln（αβ）。

粒内扩散模型

粒内扩散模型表示为（Weber和Morris，1963）

（16）

线性化形式如下：

（17）

如果（MB）吸附符合粒子内模型，则log R对log t的图应产生与a的斜率和log k id的截距的线性关系。

结果与讨论

吸附等温线

该研究的结果表明PPAC在吸附MB方面是有效的。在30℃下，去除率达到约98％。MB的吸附具有高度的pH依赖性，结果表明，去除的最佳pH值为（6-8），其中MB主要存在，因为最容易吸附的水溶液的浓度随初始MB浓度的增加而增加。还发现较小的吸附质颗粒增加了MB的去除百分比，但是温度的升高导致去除效率没有变化。实验数据应用于三个等温线，其中结果表明MB在PPAC上的吸附符合BET模型（图2），R 2 = 0.936，验证了吸附物分子可以吸附在多于一层厚度的假设在吸附剂的表面上。

吸附动力学

吸附物浓度的影响：发现通过吸附在PPAC上除去MB随时间增加并在40分钟时达到最大值。在将MB溶液的初始浓度从25mg / l改变为125mg / l时，吸附量在30℃，pH7.5和0.05mm的粒径下增加。实验结果与理论预测曲线相关。获得的结果显示出与伪二级动力学模型的良好一致性（图3），相关系数值r 2 > 0.969。

温度的影响：已知增加温度会增加吸附物分子在吸附剂颗粒的外部边界层和内部孔中的扩散速率，这是由于溶液粘度的降低。此外，改变温度将改变吸附剂对特定吸附物的平衡能力。实验数据在pH7.5下获得，粒径为0.05mm，初始浓度为25mg / l。MBAC表面上MB的吸附率增加可以通过考虑二聚物种类向单体的更多转化来解释。从曲线斜率获得的每个动力学模型的数据（图4）显示出与伪二阶方程的良好一致性，相关系数值为r2 > 0.9994。

吸附剂剂量的影响：使用不同剂量的PPAC，通过使用50ml pH7.5,30℃的溶液，粒度大小为0.05mm，初始浓度为25mg / l来研究MB摄取。使用的浓度为0.5,0.75,1,1.25和1.5gm吸附剂/升吸附物，在所有情况下保持批次实验体积相同。结果表明，随着PPAC剂量的增加，吸附百分比增加。图5中的曲线显示与伪二阶模型的良好一致性，相关系数值r 2 > 0.985。

pH的影响：在初始MB浓度为25mg / l，温度为30℃，粒度为0.05mm的PPAC中，通过PPAC在2-12的不同pH下研究MB的去除。在该pH范围内吸附容量的变化很大程度上是由于pH对PPAC吸附特性的影响，这表明吸附剂的吸附能力明显与pH有关。在6-8的pH范围内观察到最佳去除（98％）。结果还表明，吸附反应可以用拟二级动力学模型近似（图6），相关系数值r 2> 0.9917。相关系数的速率常数和值表示在表2中。最后，吸附前后的扫描电子显微照片分别显示在图7和8中。

热力学参数

的测定ΔH°，ΔS°和ΔG°：热力学参数的值，焓变化（ΔH）和熵变化（ΔS），从与分配系数（曲线计算ķ d）作为温度的函数（图9）使用等式：

（18）

其中K D是分配系数（cm 3 .g -1），定义如下：

（19）

其中Q是吸附量（mg吸附物/ g吸附剂），由下式描述：

（20）

其中C和C e分别是溶质的初始和平衡浓度（mg.cm -3）。K D和Q 的计算数据如表3所示。

使用等式21计算自由能变化（ΔGo）参数：

（21）

从图9中，ΔH °，ΔS °的值分别由曲线的斜率和截距以及ΔGo的计算值确定，并列于表4中。所获得的热力学参数值的研究表明，吸附过程是吸热的。这与随着温度升高而增加的吸附平​​衡一致。

平均自由能的测定（E）：吸附的平均自由能（E）是当一摩尔离子从溶液中的无限远转移到膜表面时的自由能变化，它由下式计算：

（22）

计算平均自由能（E）并记录在表5和表6中.E的大小可用于估算吸附反应的类型，因为E <8kJ。mol -1，扩散过程等物理力可能会影响吸附机制[ 24 ]。因此，染料的吸附似乎是一种复杂的现象，其中扩散和化学键合发生在不同的温度范围，这可能支持单层容量（q max）随着温度的升高而增加。

结论

•MB的吸附高度依赖于pH（6-8），其中MB主要作为最容易吸附的水溶液存在，

•MB的吸附量随初始MB浓度的增加而增加，

•发现较小的吸附质颗粒会增加MB的去除百分比，

•PPAC有效，30°C时去除率达到99％MB，

•在PPAC上吸附MB符合Langmuir模型，证实了吸附质分子可以吸附在吸附剂表面一层厚的假设，

•对所获得的热力学参数值的研究表明吸附过程是吸热的。这与随温度升高的吸附率增加一致，

•最后PPAC可用作工业废水中染料的有效吸附剂。

命名法

描述溶质和吸附剂表面之间相互作用能量的常数;

C初始浓度（mg / l）;

C e浓度平衡（mg / l）;

C s溶质的饱和浓度（mg / l）;

K F Freundlich常数;

N Freundlich常数;

m吸附剂质量（mg）;

k 1伪一级吸附速率常数（l / min）;

k 2假二级吸附的速率常数（g / mg·min）;

K D分配系数（cm 3 .g -1）

k id颗粒内扩散速率常数（min -1）

K L常数与吸附/解吸能量（lg -1）有关;

q e平衡时的吸附容量（mg染料/ g吸附物）;

q max最大吸附量（mg染料/ g吸附物）;

q t时间t的吸附容量，（mg染料/ g吸附物）;

R通用气体常数（J / mole.K）

R吸附百分比（MB）;

t接触时间（分钟）

V解决方案的体积

x吸附的溶质量（mg）;

X m形成完整单层时吸附的溶质量（mg染料/ g吸附物）;

α初始吸附率（mg染料/ g吸附物.min）;

β在任何实验过程中解吸常数（g / mg）。