已经制备了具有适合于在水溶液中除去苯酚的不同化学特性的甘蔗渣基活性炭（SCBAC）。蒸汽活性炭（SCBACS）在氮气存在下在700至900℃的温度范围内由碳化甘蔗渣残余物获得。使用NaOH从碳化甘蔗渣残余物获得化学活性炭（SCBACN）。SCBAC的结构通过在77K下的N2吸附，扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）来表征。BET方法用于推导有效表面积。参数，如初始pH值，温度，初始苯酚浓度，生物吸附剂用量等，影响吸附 使用批量实验研究SCBAC对从水溶液中除去苯酚的能力。对包括伪一阶和伪二阶的动力学模型进行了研究。研究了吸附等温线。平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温线。计算苯酚在SCBAC上的吸附过程的热力学参数，包括ΔG°，ΔH°和ΔS°。ΔG°的负值表明吸附的自发性质。制备的SCBAC成功应用于从不同水样中去除苯酚，回收率大于80.0％，相对标准偏差（RSD）小于4.0％。使用0.5M NaOH可以容易地进行活性炭的再生。

 

关键词

苯酚; 甘蔗渣; 活性炭; 吸附; SEM

介绍

有机污染是大量有机化合物污染环境时使用的术语。它来自生活污水，城市径流，工业废水和农业废水，污水处理厂和工业，包括食品加工，纸浆和造纸，农业和水产养殖。在有机污染物的分解过程中，接收水中的溶解氧可能以比补充的更大的速率被消耗，从而导致氧耗尽并对流生物群产生严重后果。

含有有机污染物的废水含有大量的悬浮固体，这些固体会降低光合生物的光照，并在沉淀时改变河床的特性，使其成为许多无脊椎动物的不适宜栖息地。有机污染物包括农药，肥料，烃类，酚，增塑剂，联苯，去污剂，油，油脂，医药品，蛋白质和碳水化合物[ 1 - 3]。

苯酚广泛用于各种树脂的商业生产，包括酚醛树脂，用作汽车和电器的建筑材料，环氧树脂和粘合剂和用于各种应用的聚酰胺。酚类污染物存在于许多行业的废水中，如高温煤转化，石油精炼，树脂和塑料等。这些芳香族羟基化合物被认为是优先污染物，因为它们对生物特别是人类和水生生物有害，浓度，当存在水平升高时可能是有毒的，并且已知或怀疑是致癌物质。酚的分解是困难的，主要是由于其稳定性和在水中的溶解性。苯酚和取代酚的半衰期为2-72天。它们具有强烈而令人不快的气味，使污染的水完全无法使用。苯酚通过工业废水进入环境，并且在几种工业废水中以非常高的量存在，这使得它的去除成为必需品。由于苯酚的毒性，世卫组织，美国环保署和美国环保局等全球多个监管机构已将苯酚和酚类化合物列入优先污染物清单。世界卫生组织（WHO）对氯酚的最大允许限量为0.2 mg / L. 饮用水中可接受的苯酚浓度为0.002 mg / L. 人体内报告的苯酚引起的慢性毒性作用包括呕吐，吞咽困难，厌食，肝肾损害，头痛，昏厥和其他精神障碍。美国环保署和美国环保局已将苯酚和酚类化合物列入优先污染物清单。世界卫生组织（WHO）对氯酚的最大允许限量为0.2 mg / L. 饮用水中可接受的苯酚浓度为0.002 mg / L. 人体内报告的苯酚引起的慢性毒性作用包括呕吐，吞咽困难，厌食，肝肾损害，头痛，昏厥和其他精神障碍。美国环保署和美国环保局已将苯酚和酚类化合物列入优先污染物清单。世界卫生组织（WHO）对氯酚的最大允许限量为0.2 mg / L. 饮用水中可接受的苯酚浓度为0.002 mg / L. 人体内报告的苯酚引起的慢性毒性作用包括呕吐，吞咽困难，厌食，肝肾损害，头痛，昏厥和其他精神障碍。

从水中除去剧毒有机化合物的有效技术引起了人们的极大兴趣。许多方法如凝结，凝结过滤，沉淀，臭氧化，吸附，离子交换，反渗透和高级氧化过程已被用于从污染水和废水中去除有机污染物。已经发现这些方法受到限制，因为它们通常涉及高的投资和运营成本[ 4，5 ]。

在用于水处理的可能的技术，通过固体吸附剂[吸附工序6 - 9 ]示出了作为用于废水处理的处理和除去有机污染物的最有效的方法之一的潜力。商业活性炭非常昂贵。近年来，对具有污染物结合能力的低成本吸附剂的研究已经加强。当地可获得的材料[ 10 ]如天然材料，农业和工业废物可用作低成本吸附剂。由这些材料生产的活性炭可用作水和废水处理的吸附剂。

本研究的目标是甘蔗渣基活性炭（SCBACs）的制备，表征和改性。甘蔗渣残渣成本低，被认为是环境中的废物。与其他农业残留物一样，甘蔗渣（SCB）主要由纤维素，半纤维素和木质素组成[ 11 ]。该组合物使甘蔗渣成为生产用于水处理过程的新吸附剂的良好前体。

在本研究中，甘蔗渣残留物通过蒸汽物理改性并使用NaOH化学改性。基于改进的甘蔗渣基活性炭（SCBAC）进行彻底研究，以从水溶液中除去苯酚。研究了影响苯酚去除的不同实验因素。苯酚的初始浓度，接触时间，活性炭的剂量和温度。此外，建立等温线，动力学和热力学研究以期望吸附行为。

试验

试剂和解决方案

所用的所有化学品和试剂均为分析级，购自Sigma-Aldrich。通过将1gm溶解在1000ml容量瓶中的去离子水中来制备溶液的苯酚储备溶液。为了构建在λ的标准校准曲线，制备的苯酚溶液已知浓度最高 270个纳米[ 12 ]。使用0.1N NaOH和/或0.1N HCl将苯酚溶液的pH调节在2.0-12.0的范围内。

仪器

紫外 - 可见分光光度计（Chrom Tech-Co。，Ltd.，USA）用于分析吸附过程后的苯酚上清液。使用pH计（Hi 931401，HANNA，Portugal）测量溶液的pH。使用分析天平称量本研究中使用的所有化学品。为了研究动力学和热力学参数，使用水浴振荡器。

生物吸附剂的制备

碳化甘蔗渣渣（SCBC）的制备

从埃及曼苏拉市的当地市场收集的甘蔗渣残渣（SCBR）在阳光下晒干，然后切成小块。将干燥的SCBR粉碎，用0.5％HCl洗涤以除去所有污垢，在105℃的烘箱中干燥过夜，用研磨机研磨，筛分至1-4mm的筛孔尺寸并在600℃的平板炉中碳化。 2小时，得到碳化甘蔗渣残渣（SCBC）。

制备NaOH活性炭（SCBACN）

将SCBC浸泡在氢氧化钠溶液中，其比例为（SCBC：NaOH的1：3）。然后，将浸渍的样品在110℃的烘箱中脱水，并在马弗炉中在750℃下活化约2小时。将得到的NaOH活性炭（SCBACN）在去离子水中浸泡数次，持续半小时，冷却后不断搅拌直至滤液的pH达到（7-8）。然后在105℃的烘箱中将SCBACN干燥过夜。

制备蒸汽活性炭（SCBACS）

将32克SCBC置于马弗炉的管中，该马弗炉在750℃下以150毫升/分钟的蒸汽流预热约36分钟。在该过程结束时，使活性炭冷却，用0.1HCl洗涤以除去灰分，然后用水洗涤以除去酸残余物。将SCBACS样品在105℃下干燥[ 13 ]。

生物吸附剂的表征

- 使用表面积和尺寸分析仪（QUANTACHROME - NOVA 2000系列）在77K下通过氮吸附制备碳的BET表面积（SBET）测量值

- 使用扫描电子显微镜JSE-T20（日本JEOL）拍摄碳的表面显微照片。

- 使用Nicolet FTIR 分光光度计，使用KBr，在4000-500cm -1的波数范围内分析傅立叶变换红外光谱（FT-IR）。

- 应用表面酸度和Boehm滴定技术，通过用各种强度的碱中和来测定碳表面上官能团的类型和数量[ 13 ]。

吸附实验

通过用250ml锥形瓶中的50ml苯酚水溶液摇动已知量的活性炭进行批量吸附实验，所述锥形瓶置于不同浓度（100至1600mg / l）的温控摇床水浴中，pH（（在12至12之间，离子强度（在0.002和0.09摩尔/升之间），温度（在17和55℃之间）和吸附剂剂量（在0.01和0.2g之间），在125rpm的恒定摇动速率下。吸附剂除去的苯酚量（q e）和去除％（R％）可以使用以下等式计算：

 （1）

 （2）

其中q e是吸附的染料量（mg / g）。C o和C e分别是苯酚的初始和平衡液相浓度（mg / g）。V是溶液（1）的体积，m是所用吸附剂的重量（g）。

解吸研究

将0.2克每种活性炭与100毫升已知浓度的苯酚溶液（40毫克/升）一起摇动。用分光光度法检测苯酚的吸附量。然后，使用蒸馏水，0.1％N HCl和0.5N NaOH溶液洗脱负载苯酚的SCBAC活性炭。解吸％由以下等式计算：

 （3）

结果与讨论

吸附剂的表征

纹理属性

BET表面积分析：碳的表面积和孔隙率是决定其吸附能力的重要因素[ 14 ]。固体的结构特性通常由77K的氮吸附确定，吸附数据通常通过BET方程的应用来分析[ 15 ]。

所研究的碳对氮的吸附发现相对较快，在25分钟内达到平衡，表明吸附不受超细孔中遇到的活化扩散控制，同时指整个孔结构对氮分子的可接近性。

SCBAC样品的表面积值由77K下N2吸附的线性BET曲线计算。表1中的结果表示： -

表1：生物吸附剂的物理化学特征。

（i）由于活化剂NaOH或蒸汽的吸收，与活性炭相比，非活性炭的表面积非常低。

（ii）SCBACN的SBET值从282.949 m 2 / g增加到697.369 m 2 / g。表面积的这种增加可归因于纹理表面的变化和表面中新孔的形成。

（iii）蒸汽活性炭的SBET从282.949m 2 / g增加到347.539m 2 / g。表面积的增加可归因于CH 2 O反应导致一些碳原子的去除和一些污染的焦油导致表面积的轻微增加和碳表面上微孔的形成[ 16 ]。

水分和灰分含量：水分和灰分含量是制备的活性炭效率的量度。如表1所示，SCBR（甘蔗渣前体）的水分和灰分含量非常低，这证明了它在生产活性炭方面的高效率。

扫描电子显微镜（SEM）：扫描电子显微镜图像可以了解橄榄石结构的形状。暗区是大孔，浅灰区是由碳基质引起的。图1分别表示通过物理（SCBACS）和化学（SCBACN）活化方法制备的所得活性炭的形态。

可以清楚地看到，物理和化学活化在活化后引起颗粒表面的一些变化。观察由物理（使用蒸汽）或化学（使用NaOH）活化制备的活性炭的不同孔结构。这些变化取决于不同的反应机制。图1描绘了（a）含碳前体，（b）物理活性炭（SCBACS）和（c）使用NaOH（SCBACN）化学活化的照片。在这个问题中，由蒸汽活化的样品（b）表明碳基质大于暗区。这是指由活化蒸汽产生的微孔的性质。使用NaOH作为活化剂，暗区大于碳基质。

化学性质

碳的表面化学在确定其对水溶液中害虫的吸附能力方面比其质地特性更重要，特别是当吸附涉及通过离子交换和/或复合物形成与表面官能团相互作用时，最可能的情况是这种情况。在活性炭上吸附害虫。

FTIR光谱学：碳表面的化学性质归因于碳 - 氧官能团的酸或碱性表面的存在。已经记录了SCBR，SCBC，SCBACS和SCBACN（吸附苯酚之前和之后）的FTIR光谱（图2）。

对于所有碳样品，可以在（3430-3380）cm -1区域观察到宽带，这归因于在纤维素材料中醇，酚和吸附的H 2 O中的OH伸缩振动。此外，可以观察到所有样品在（2925-2852）cm -1之间的区域中具有IR峰，这是亚甲基的不对称和对称振动的结果[ 17 ]。对于所有碳样品的红外光谱的分析示于表2 [ 12，17 - 29 ]。

表2： SCB，SCBC，SCBACS和SCBACN的红外光谱数据。

SCBACS和SCBACN的表面官能度（吸附苯酚之前和之后）可以分别通过FTIR光谱（图2b和2c）表征。两种光谱的峰的差异归因于苯酚吸附到SCBAC活性炭上。吸附苯酚后SCBAC的FTIR光谱显示出以下变化：

（ⅰ）对于SCBACS-PH：一个峰在1631厘米外观-1由于NH弯表示的伯胺和峰值的出现在919厘米存在-1由于CO伸缩由于醇，羧酸的存在，酯和醚，以及在1557,1383,1098和879cm -1处峰的消失。

（ii）用于SCBACN-PH：峰在1578厘米消失-1和峰在1384厘米-1。这表明不存在-C≡C-伸展的炔基并且分别没有芳环的CC伸展（环内）。由于NH弯曲表明存在伯胺，在1627cm -1处出现峰。

表面酸度和Boehm滴定：碳材料的含水浆料的pH提供了所研究的AC的化学参数的类型和浓度的方便指示。表1显示： -

- （i）碳SCBC的表面pH值为（8.35），表明其表面碱性，即与酸性类型相比，非氧化碳表面上的碱性官能团更为主导。

- （ii）对于表面pH ​​= 8.2和10.84的蒸汽活化的ACPNS也是如此。950°C的蒸汽活化通常会导致碳基团在碳表面形成基本特征[ 29 ]。

- （iii）用NaOH处理使表面pH从8.35增加到10.48。

对于SCBACS和SCBACN，零点电荷pHpzc（表1和图3）的pH 分别为10.84和10.46。

表面酸性基团可以通过用一系列不同强度的碱进行选择性中和来确定（m.eq / g），即。NaHCO 3，Na 2 CO 3，NaOH和NaOC 2 H 5。NaHCO 3中和羧基，其中被Na 2 CO 3中和但不被NaHCO 3中和的是内酯。由NaOH中而不是由Na 2 CO 3中和的弱酸基团被假定为酚。与NaOC 2 H 5反应但不与NaOH反应的基团被认为是羰基[ 23 ]。

表1显示了非活化和活性炭样品表面上的表面酸度和不同酸性基团的丰度。检查表1中的数据表明（i）基本位点的总表面大于确定其表面基本性质的酸性位点。该发现完全同意pH pzc和pH sup的结果。（ii）所有样品表面酸性基团的顺序为

内酯>>酚类>羧酸

吸附苯酚

pH对苯酚吸附的影响：溶液pH值是影响苯酚在水溶液中吸附过程的最重要因素之一。图4显示了pH对苯酚吸附到SCBACN上的影响。可以注意到，苯酚吸收随着pH从pH2的增加而增加，直到其在pH7.5-8达到其最大值，然后在较高pH从8.5-12.0时急剧下降。

在酸性（pH <2）下较低的苯酚去除可能是由于存在过量的H +离子，其与苯酚分子一起用于吸附剂的吸附位点。此外，在较低的pH值（低于羧基的pKa，约4.6），SCBACN中的-COO-基团质子化为-COOH基团并且形成-COOH和-NH 2基团之间的氢键导致苯酚吸收。另一方面，在较高的pH（> 8）下，OH-离子浓度增加，这些离子与吸附剂吸附剂上的负活性位点排斥，导致苯酚吸附减少，从而吸收[ 19]。]。此外，在较高的pH值下，苯酚会分解成苯酚盐阴离子，在吸附质溶液中形成负电荷，从而在吸附质和吸附剂之间产生高的排斥力，从而降低苯酚的吸收，从而降低其从水溶液中的去除[ 21 ]。

初始苯酚浓度的影响：在pH7.0下研究了初始浓度对SCBAC样品去除苯酚的影响。结果如图5所示。可以看出，两种吸附剂的平衡吸附容量随着初始苯酚浓度的增加而增加，并且在初始阶段吸附迅速，随着吸附的进行逐渐增加，直至达到平衡。这可归因于以下事实：初始苯酚浓度越高，固 - 液界面处浓度梯度的驱动力越大，这导致吸附剂上吸附的苯酚量增加[ 30 ]。

在较高的苯酚浓度下，吸附容量达到平台，表明吸附剂上可用的结合位点饱和。初始苯酚浓度的陡峭斜率是吸附系统的理想特征，结果表明SCBAC是苯酚的有效吸附剂。

吸附剂用量的影响：实验研究了吸附剂用量对苯酚吸附的影响。将作为所选样品的各种量的SCBACS加入到固定的初始苯酚浓度中。当SCBACS剂量分别从1.0增加到4.0g / L时，接触时间24小时后苯酚的吸收从15％增加到85％。这是因为随着吸附剂用量的增加，吸附物的吸附位点越多，苯酚的吸收越多。而且，随着吸附剂负载的增加，吸附在吸附剂单位重量上的苯酚量减少，导致qe（mg / g）值随着活性炭负载量的增加而降低。

接触时间的影响： 图6显示了接触时间对SCBACS 吸附容量的影响，例如苯酚。随着接触时间从0到20 min的增加，SCBACS的吸附容量迅速增加，超过90％的苯酚平衡吸附容量在15 min内发生。100分钟后，吸附容量变得恒定，吸附达到平衡。因此，在我们的实验条件下，选择100分钟作为吸附苯酚到SCBAC上的接触时间。

如图所示，吸附过程分为三个阶段：（1）立即发生吸附的初始阶段，（2）随后，缓慢吸附，和（3）吸附达到平衡并保持恒定的最终阶段。第一阶段可归因于通过表面质量转移将苯酚快速附着到SCBAC的表面。在此阶段，在所有情况下都发现超过80％的苯酚吸附。第二阶段较慢，可能是因为许多可用的外部位点已经被占用，并且由于苯酚分子缓慢扩散到SCBAC网络中。无论施加到吸附系统的初始苯酚浓度如何，在约20分钟后发现渐近趋势。吸附量在接触时间长于平衡时间（100分钟）时没有显着变化。吸附过程的动力学表明了将苯酚吸附到SCBAC上可以认为是一种快速吸附过程，因为超过80％的苯酚在20分钟内被吸附，特别是在低于最大吸附量的苯酚浓度下。这些发现揭示了使用这种低成本吸附剂或所谓的生态吸附剂来处理富含一般农药和特别是苯酚的水溶液的优点。

干扰物的影响：富含苯酚的废水通常含有离子，如硫化物，磷酸盐，硫酸盐和氯化物[ 31 ]。研究了这些离子对SCBACs吸附苯酚的影响，结果如表3所示，表明在没有任何离子的情况下，SCBACS和SCBACN对溶液中苯酚的吸附百分比分别为94.6和96.6。研究。在所有情况下，随着干扰物浓度的增加，吸附百分比降低。这已经表明氯离子，磷酸根，硫酸根离子和硫离子的存在会干扰从溶液中除去苯酚。

表3：干扰物对苯酚吸附％的影响。

温度的影响： 表4显示了SCBACs的温度与苯酚的吸附容量之间的关系。对于SCBACS，吸附容量随着温度从17°C升高到55°C而增加，如图7所示。这可归因于苯酚分子在SCBACS中穿过外边界层和内部孔中的扩散速率的增加，温度的升高导致苯酚摄取量的增加。当温度从17℃升至55℃时，SCBACS除去的最大苯酚量从46.43增加至65.64mg / g。另一方面，对于SCBACN，吸附容量随着温度从17℃升高到55℃而降低。当温度从17°C升至55°C时，SCBACN除去的最大苯酚量从101.0降至72.34 mg / g，如图7所示。

表4：温度对SCBACN和SCBACS活性炭对苯酚吸附容量的影响。

吸附等温线

在平衡分析中，Langmuir [ 13 ]和Freundlich [ 32 ]模型是研究吸附行为和系统的最常用的等温模型。

Langmuir等温线[ 13 ]可以用它的线性公式表示为：

 （4）

其中C e是苯酚在平衡时的浓度（mg / l），q e单位重量吸附剂吸附的苯酚单层容量（mg / g），b是Langmuir平衡常数（l / mg） 。q e和b都可以从C e / q e与C e的线性图确定，如图8a所示。

吸附的有利性质可以通过确定平衡参数RL的无量纲分离因子来评估，其表示为：

 （5）

在这种情况下，C o是最高的初始溶质浓度，K L是Langmuir常数。R L的值表示等温线的类型是不可逆的，其中（R L = 0），有利（0 <R L <1），线性（R L = 1）或不利（R l > 1）[ 14 ]。

Freundlich等温线通常用于异质表面能系统[ 14 ]。其线性公式可表示为：

 （6）

其中KF是Freundlich常数，它是吸附剂吸附容量的比较测量值，n是经验常数，它给出了关于等温线形状的有价值的信息。1 / n值表示等温线的类型是不可逆的（1 / n = 0），有利的（0 <1 / n <1）和不利的（1 / n> 1）。

Freundlich参数可以从以下线性化方程式获得：

 （7）

通过log qe的线性绘图作为log C e的函数，Kf和n的值可以从曲线的斜率和截距获得（图8b）。

将Langmuir和Freundlich模型应用于实验数据获得的模型参数在表5中给出。表3的检验表明：（i）从Langmuir模型得到的回归系数R 2接近于Freundlich模型的回归系数R 2，表明Langmuir等温线更符合苯酚在SCBACs上的吸附; （ii）获得的R L值在所有情况下都在0和1之间，证实吸附是有利的过程。因此，可以得出结论，单层Langmuir吸附等温线更适合解释苯酚在SCBACs上的吸附; （iii）1 / n的值小于1表示吸附 苯酚在活性炭表面上是一个有利的过程。

表5： Langmuir和Freundlich等温线参数。

吸附动力学

伪一阶和伪二阶动力学模型

为了研究苯酚在SCBACs上的吸附过程的控制机理，引用了伪一级和伪二级动力学模型来评价从分批苯酚去除实验中获得的实验数据。伪一阶动力学模型的线性形式可以表示为：

 （8）

其中qe是苯酚在时间t（mol g -1）的吸附吸收，k 1（min -1）是拟一级吸附的速率常数。K 1和q e由log（q e -q t）对t 的线性曲线的斜率和截距确定，如图9a所示。

使用Ho的伪二级动力学模型进一步分析动力学数据[ 33 ]。它可以表示为

 （9）

其中k 2（g mol -1 min -1）是假二次吸附的速率常数。K 2和q e都可以从t / q t对t 的线性图获得，如（图9b）所示。伪第一和伪二阶动力学模型的参数如表6所示。从表6中可以注意到：（i）伪一阶动力学模型的相关系数（R1 2）非常低（0.81102），并且实验q e值之间存在很大差异（q e ，exp）和计算的q e值（q e，cal）。这些发现表明，拟一级动力学模型不适合苯酚在SCBAC上的吸附过程。（ii）伪二级动力学模型的R 2为0.99883，伪二级动力学模型的q e，cal值与q e，exp值一致。这些发现表明苯酚在SCBACs上的吸附过程可以通过拟二级动力学模型很好地描述。

表6：苯酚吸附到SCBACS上的动力学参数。

粒子内扩散模型

粒子内扩散参数K p（mmol.g -1 h -0.5）由等式定义

 （10）

其中k p是颗粒内扩散速率常数（mmol.g-1 h-0.5），C是常数。根据该模型，如果颗粒内扩散参与吸附过程，则q t对t 0.5应该是线性的[ 34 ]。从方程式。（10），如果孔扩散是速率限制步骤，那么q t对t 0.5的曲线必须给出一条斜率等于k p的直线，截距值C代表外部液膜中的传质阻力。

得到的结果表明，在SCBACS上苯酚吸附过程的t t对q 0.5的曲线是多线性的（图9c），其含有至少三个线性链段，这表明在吸附过程中发生了三个步骤。第一个更尖锐的部分是通过扩散通过边界层将酚分子从本体溶液输送到吸附剂外表面（膜扩散）。第二部分是酚分子从外表面扩散到吸附剂的孔中。第三部分是最终平衡阶段，其中酚分子被吸附在孔内表面上的活性位点上，并且由于溶液中溶质浓度越来越低，颗粒内扩散开始减慢[ 35 ]。 。而且，曲线的线性部分没有通过原点，这表明孔扩散不是控制吸附开始时总传质速率的步骤。在表6中，线性片段粒子内扩散模型的相关系数（R 2）为0.9850，表明粒子内扩散不是唯一的速率控制步骤; 其他过程可以控制吸附速率。

表7：在SCBACN和SCBACS上吸附苯酚的热力学参数。

热力学研究

吸附机理可以通过估算热力学参数来确定，例如自由能的变化（ΔG°），焓的变化（ΔH°）和熵的变化（ΔS°）。吉布斯自由能的变化（ΔG°）表示自发性的程度。它可以从以下等式计算：

 （11）

其中T是（K）中的温度，R是通用气体常数（8.314×10 -3 kJ / mol K），b是朗缪尔常数（l / mole）。焓的变化（ΔH°）和熵的变化（ΔS°）可以从Van't Hoff方程[ 31 ] 估算：

 （12）

ΔH°和ΔS°可以分别由ln b与斜率和截距的1 / T的线性图确定。Van't Hoff图的斜率和截距（图10）分别等于和。

ΔG°，ΔH°和ΔS°的值列于表7中。吉布斯自由能变化（ΔG°）与在应用条件下的自发过程所预期的一样是负的。对于SCBACS吸附剂，ΔH°的正值表明吸附过程的吸热性质。这一发现表明，由于分子间孔扩散，吸附能力会增加[ 36 ]。

表8：来自废SCBAC的苯酚的解吸％。

另一方面，ΔH°的负值表明吸附过程苯酚在SCBACN吸附剂上的放热性质。在高温下，吸附物苯酚的动能很高，以至于它们不与SCBACN表面上可用的活性位点结合[ 37 ]。此外，ΔS°的正值表明苯酚吸附到SCBACs期间固/液界面的随机性增加[ 38 ]。

解吸研究

解吸附研究有助于回收吸附剂和回收吸附物。为了除去吸附的酚废吸附剂用蒸馏水H处理2 O，0.5M的NaOH和0.1M HCl中，平衡8小时并过滤。过滤后，除去滤液，根据需要稀释，用分光光度法分析苯酚。表8显示了苯酚的洗脱曲线。苯酚的解吸百分比遵循以下顺序：

表9：使用SCBACS和SCBACN活性炭（n = 3）从不同水样品中回收苯酚（R，％）。

的0.5M NaOH> 0.M盐酸>蒸馏水2 O.

这种观察到的趋势意味着通过用NaOH将苯酚分子转化为酚盐阴离子，吸附的苯酚将很容易解吸。总之，氢氧化钠应该是比酸或简单水更适合洗脱的试剂。

分析应用

通过加入已知量的苯酚来研究SCBAC用于从不同水样中除去苯酚的适用性。如表9所示，回收率大于80.0％，相对标准偏差（RSD，％）小于4％。

使用活性炭等SCBACs苯酚的摄取是先前用于除去酚类[商业吸附剂非常相当的39 - 46 ]所示的表10。制备的低成本甘蔗渣基活性炭有利于高成本的商业活性炭。

表10：先前报道的用于除去酚的不同吸附剂的吸附容量。

结论

寻找低成本吸附剂具有污染物结合能力对于有效的水处理非常有意义。本研究的结果表明，基于甘蔗渣的活性炭（SCBAC）可能是非常可行的吸附剂，用于从水溶液中除去苯酚。通过蒸汽和NaOH对SCBAC的改性显着增加了活性炭表面上的含氧基团，表面形态和结构性质发生显着变化。苯酚的吸附取决于初始浓度，反应温度和pH。随着pH的增加，苯酚吸附容量在2-8的范围内增加，其中发生羧基的电离。苯酚在活性炭上的吸附在约60分钟内达到平衡。Langmuir吸附等温线可以很好地描述吸附平衡，即在均匀表面上的单层吸附。吸附动力学遵循伪二级动力学模型，并且颗粒内扩散参与吸附过程。热力学结果表明吉布斯自由能变化（ΔG°）与在应用条件下的自发过程所预期的一样是负的。制备的SCBAC成功应用于从天然水样中去除苯酚。可以使用0.5M NaOH容易地从SCBAC中解吸苯酚。最后，目前的工作很好地证明了这种技术在更广泛的应用中的潜力。吸附动力学遵循伪二级动力学模型，并且颗粒内扩散参与吸附过程。热力学结果表明吉布斯自由能变化（ΔG°）与在应用条件下的自发过程所预期的一样是负的。制备的SCBAC成功应用于从天然水样中去除苯酚。可以使用0.5M NaOH容易地从SCBAC中解吸苯酚。最后，目前的工作很好地证明了这种技术在更广泛的应用中的潜力。吸附动力学遵循伪二级动力学模型，并且颗粒内扩散参与吸附过程。热力学结果表明吉布斯自由能变化（ΔG°）与在应用条件下的自发过程所预期的一样是负的。制备的SCBAC成功应用于从天然水样中去除苯酚。可以使用0.5M NaOH容易地从SCBAC中解吸苯酚。最后，目前的工作很好地证明了这种技术在更广泛的应用中的潜力。制备的SCBAC成功应用于从天然水样中去除苯酚。可以使用0.5M NaOH容易地从SCBAC中解吸苯酚。最后，目前的工作很好地证明了这种技术在更广泛的应用中的潜力。制备的SCBAC成功应用于从天然水样中去除苯酚。可以使用0.5M NaOH容易地从SCBAC中解吸苯酚。最后，目前的工作很好地证明了这种技术在更广泛的应用中的潜力。

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