在分批过程中检查了苯达松，呋喃丹和2,4-二氯苯氧基乙酸（2,4-D）在日期种子活性炭（DSAC）上的吸附等温线和平衡。在农药中进行吸附研究初始浓度范围为25-250 mg / L，温度为30 oC。使用Langmuir，Freundlich和Temkin等温模型通过非线性拟合分析实验平衡数据。Langmuir模型的平衡数据更好地拟合，对于DSAC，对于苯达松，呋喃丹和2,4-D，最大单层吸附容量分别为78.13,135.14和175.4mg / g。针对不同的操作线（V / M）比设计单级间歇吸收器。使用批量吸收器系统的质量平衡方程，在不同V / M比下从Langmuir等温线获得平衡数据。对于所研究的系统，提出了涉及批量吸收器设计中涉及的参数的简单线性表达式  。

 

关键词

灭草; 克百威; 2,4-d; 吸附; 等温模型; 批量吸收器设计

介绍

农药在现代农业不可缺少的，但它们的使用和/或使用不当可能导致水质严重恶化，这可能削弱利用水作物保护，畜牧生产，甚至人类食用[目的1，2 ]。

Bentazon是一种新兴的除草剂，用于选择性控制豆类，大米，玉米，花生和薄荷中的阔叶杂草和莎草。它是农业和园艺中最常用的除草剂之一。然而，通过农业土地的浸出或径流，空中应用的沉积和工业废水的不加区别的排放，苯达松已经成为水资源污染物的一个潜算来源，并伴随着对生态系统和环境的威胁; 允许的最大浓度为0.05毫克/升的自来水中[ 3 - 7 ]。

卡巴呋喃是一种广谱的全身性杀螨剂，杀虫剂和杀线虫剂，包括在氨基甲酸酯衍生物农药的一般组中。它广泛用于控制土壤栖息和叶面觅食昆虫，包括金针虫，白gr ,,象鼻虫，螟虫，蚜虫和其他几种昆虫。对于最大容许浓度（MAC）克百威饮用水中是0.09毫克/升 [ 7- 12 ]。

2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）是世界上使用最古老的除草剂之一，2,4-D是一种选择性除草剂，通过模拟生长激素生长素杀死双子叶植物（但不是草），在易感植物中不受控制的生长和最终死亡。它被认为是中等毒性和最大容许浓度为0.1毫克/升饮用水中[ 13 - 20 ]。

吸附技术最近因其在去除污染物方面的效率而受到欢迎; 除了吸附生产高品质的产品，是一种经济上可行的过程[ 21，22 ]。与其他技术相比，吸附被认为是优越的，因为其成本低，可用性，设计简单，高效，易于操作生物降解性以及以更浓缩的形式处理污染物的能力[ 12 ]。此外，吸附不会导致有害物质的形成[ 15 ]。由于设计和操作的灵活性，吸附到活性炭上是最有前途的农药去除技术之一[ 18]。海枣（种子）的凹坑是其被用作用于制备中孔活性炭[前体废产物20 - 23 ]。

在不同的初始浓度下，溶液体积对吸附剂质量比（V / M）对农药溶液平衡吸收的影响是吸附器设计中需要考虑的重要因素。然而，这需要大量的实验工作来确定不同V / M比率以及不同初始农药浓度的等温线参数。在该研究中，使用在单一V / M比下获得的实验平衡数据，针对日期种子活性炭上的不同V / M比的苯达松溶液设计单级间歇吸附器。

在该研究中，实现了单级分批吸收器。设计目标是将体积V（L）的农药溶液从初始浓度的Co减少到C1（mg / L）。吸附剂的量为M（g），溶质负载量从qo变为q1（mg / g）。在时间t = 0，QO = 0，并随着时间的进行，质量平衡相当于从液体到除去农药由实[拾起1，23 ]。

材料和方法

农药

Bentazon，carbofuran和2,4-D得自Sigma-Aldrich（M）Sdn.Bhd。马来西亚，并用作吸附物。它是分析级的，无需进一步纯化即可使用。蒸馏水用于制备所有溶液。表1中给出了苯达松除草剂的一些性质和化学结构。

表1：使用的农药的一些性质及其化学结构。

活性炭的制备和表征

用于制备活性炭的日期果实种子（DS）。用于制备活性炭的程序参考了我们以前的工作[ 4 ]。收集原料DS，首先用蒸馏水洗涤以除去所有污垢，然后在105℃下烘箱干燥过夜。然后将干燥的坑压碎至所需的筛目尺寸（1-4mm）。将DS转换为AC的过程包括两个阶段：碳化和活化。两个碳化和活化是在置于管式炉中的不锈钢垂直管式反应器中进行。将干燥的DS置于反应器内的不锈钢取样筒上，然后以10℃/ min的速率加热至700℃并在该温度下在N 2中保持2小时。大气层。然后将碳化材料浸泡在6M氢氧化钾（KOH）溶液中，浸渍比（KOH：炭）为3.75（w / w）。然后将混合物在烘箱中在105℃下脱水过夜以除去水分，然后在与碳化相同的条件下活化，但活化温度为850℃。一旦达到最终温度，将氮气流转换为二氧化碳（CO 2）并保持活化3小时37分钟。CO 2用作气化剂以改善所产生的AC的孔隙率。将得到的AC用0.1M HCl洗涤以溶解并除去任何残留的灰分，然后用热蒸馏水洗涤以调节pH约7，最后在70℃下干燥过夜。

批量吸附平衡研究

农药在DSAC上的吸附实验在一组250mL Erlenmeyer烧瓶中进行，200mL各种初始浓度的农药溶液在25-250mg / L范围内。将等质量的0.20g制备的粒径为（200-300μm）的活性炭加入每个烧瓶中，并在120℃的等温振荡器中于30℃保持30小时以达到平衡。溶液的pH值是原始的，没有任何pH调节。

使用一次性注射器以预定的时间间隔从每种农药溶液中取出含水样品，然后分析浓度。在分析之前过滤所有样品，以最小化碳细粒与分析的干扰。使用双光束紫外 - 可见分光光度计（UV-1700 Shimadzu，日本）在333,273和283nm处测定吸附前后上清液中农药的浓度，分别用于苯达松，呋喃丹和2,4-D。

平衡时的吸附量qe（mg / g）为：

其中C o和C e（mg / L）分别是初始和平衡条件下农药的液相浓度。V（L）是溶液的体积，W（g）是DSAC的质量。

Langmuir等温线

Langmuir等温线假定单层吸附在含有均匀吸附吸附位点的表面上，吸附物在表面平面内没有迁移[ 24 ]。Langmuir等温方程的线性形式如​​下：

其中C e是平衡浓度（mg / L）; q Ë平衡吸附（毫克/克）的量的杀虫剂; q m吸附完全单层（mg / g）; K a是吸附平衡常数（L / mg）。

Langmuir等温线的本质特征由Weber和Chakkravorti定义为：

b（L / mg）是Langmuir常数，C o（mg / L）是吸附物的初始浓度。参数R L表示吸附过程的性质，如表2中所述。

表2：分离因子。

Freundlich等温线

在另一方面Freundlich等温假定异质的表面能，其中，在Langmuir方程的能量术语表面覆盖率[的函数而变化24，25 ]。众所周知的Freundlich等温线的对数形式由下式给出：

其中C e是吸附质的平衡浓度（mg / L），q e是每单位质量吸附剂吸附的吸附物的量（mg / g），KF和n是Freundlich常数，n表示有利的吸附过程。K F（mg / g（l / mg）1 / n）是吸附剂的吸附容量，其可以定义为吸附或分配系数，并且表示单位平衡浓度下吸附在活性炭上的除草剂的量。1 / n的斜率在0和1之间，是吸附强度或表面异质性的量度，随着其值接近零而变得更加不均匀。1 / n低于1的值表示正常的Langmuir等温线，而高于1的1 / n表示协同吸附。

Temkin等温线

Temkin和Pyzhev [ 26 ]考虑了间接吸附/吸附质相互作用对吸附等温线的影响。由于吸附物/吸附物的相互作用，层中所有分子的吸附热随覆盖率线性降低。Temkin等温线的使用形式如下：

其中B = RT / b，b是与吸附热有关的Temkin常数（J / mol）; A是Temkin等温线常数（L / g），R是气体常数（8.314J / mol K），T是绝对温度（K）。

结果与讨论

接触时间和初始浓度对吸附平衡的影响

发现平衡时的吸附摄取随着初始农药浓度的增加而增加。这是因为当初始浓度增加时; 传质驱动力会变大，从而导致农药吸附量增加。

图1a显示初始浓度为25-50 mg / L的苯达松溶液在DSAC达到平衡所需的接触时间约为5 h，而浓度为100-200 mg / L则需要25-27 h，而对于初始浓度较高的苯达松溶液，需要250mg / L的平衡时间为34-36小时。

对于在DSAC上吸附呋喃丹的情况，各种呋喃丹初始浓度为25-250mg / L时吸附容量，吸附的呋喃丹量，qt以与苯达松农药吸附到DSAC表面相似的模式增加。发现平衡时的吸附摄取随着初始杀虫剂浓度的增加而增加，如图1b所示，这表明需要较长的接触时间以通过较高初始浓度的呋喃丹溶液达到平衡。初始浓度为25-100mg / L的呋喃丹溶液在DSAC达到平衡所需的接触时间约为4-5h，对于较高的初始浓度（150-250mg / L），平衡时间为14-16h。需要。

对于在DSAC上吸附2,4-D农药的情况，在30℃下各种2,4-D初始浓度（25-250mg / L）下的吸附吸收如图1-c所示。从该图中可以清楚地看出，吸附的2,4-D的量随时间增加而增加。对于2,4-D溶液，在5-7小时内达到平衡吸附，初始协调值为50-200mg / L，11-14h达到250-300mg / L达到平衡。

吸附等温线

吸附等温线是描述当吸附过程达到平衡状态时农药物种在液相和固相之间分布的数学模型。在该研究中获得的实验数据适合于三种最常用的等温线模型：Langmuir，Freundlich和Temkin模型。在30℃下将苯达松，呋喃丹和2,4-D吸附到DSAC上获得的吸附等温线参数值列于表3中。

表3：在30℃下将苯达松，呋喃丹和2,4-D吸附到DSAC上的等温线模型参数和相关系数。

基于相关系数，表3中列出的R 2可以得出结论，Langmuir和Freundlich等温模型均证明了苯达松在30℃下在DSAC上的吸附。的相关系数，R 2为两个模型是0.925≤[R 2 = 0.960。Langmuir分离因子的吸附过程良好，R L为0 <R L.1和n值小于1的Freundlich值支持。低于1的1 / n值表示Langmuirtype等温线，因为在更高和更高的吸附物浓度下吸附额外的吸附物分子变得越来越困难。在DSAC上吸附呋喃丹和2,4-D的情况下，实验吸附等温线数据符合Langmuir和Freundlich等温方程。

批量吸附器

单级批量吸附器的示意图如图2所示。设计目标是减少从C的起始浓度体积V（L）的除草剂溶液Ò到C 1（毫克/升）。吸附剂的量为M（g），溶质负载量从qo变为q1（mg / g）。在时间t = 0时，q o = 0并且随着时间的推移，质量平衡等于从液体中去除的农药与固体捕获的农药[ 23 ]。

图2中吸附系统的质量平衡方程可写为：

在平衡条件下; 

由于吸附等温线研究证实了DSAC上农药的平衡数据符合Langmuir等温线，Langmuir等温方程可用于方程式间歇吸收器设计中的q 1。

等式（6）可以重新排列为：

图3显示了在初始浓度为50 mg / L时去除苯达松作为吸附剂的预测活性炭量与不同百分比去除率和30℃下溶液体积之间的关系图。

从该图中可以看出本研究中与农药一起使用的吸附剂（DSAC）的量可以检测出农药去除范围（60-90％）和溶液体积范围2-16 L.

此图也可以扩展到包括其他农药清除值至100％，并且可以修改为包括初始浓度和溶液温度的任何其他条件。

结论

本研究表明，DSAC被证明是一种有效的吸附剂，用于从水溶液中去除苯达松，呋喃丹和2,4-D。均衡数据最好用Langmuir和Freundlich等温模型描述。设计单级分批吸附器用于使用在单个V / M比下获得的实验平衡数据选择的不同V / M比的农药和活性炭。

(责任编辑：活性炭网) 织梦二维码生成器