活性炭對(duì)映體對(duì)異丙甲草胺的吸附測(cè)試

　　甲草胺是一種廣泛使用的除草劑，可選擇性地控制70多種農(nóng)作物的葉片雜草。它屬于手性除草劑的乙酰胺類(lèi)，含有R-(R-MET)和S-(S-MET)對(duì)映異構(gòu)體(外消旋甲草胺Rac-MET的比例相等)。由于是不可生物降解的，并且在整個(gè)環(huán)境(水和土壤)中極易移動(dòng)。所以需要從水溶液中去除這些有毒污染物。這次我們使用四種活性炭來(lái)分析除草劑甲草胺的不同對(duì)映體混合物在水溶液中的吸附。

　　活性炭的吸附測(cè)試環(huán)境

　　為了研究吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，將100mL每種化合物的溶液體積與5mg活性炭吸附劑在玻璃燒瓶中混合并連續(xù)攪拌(400rpm)在25°C恒溫水浴中的多攪拌盤(pán)上。以特定的時(shí)間間隔測(cè)量等分試樣，直到達(dá)到平衡。使用過(guò)濾器過(guò)濾溶液，并在配備有光電二極管陣列檢測(cè)器的設(shè)備中通過(guò)反相HPLC測(cè)定濃度。6分鐘后在230nm波長(zhǎng)處檢測(cè)到兩種甲草胺對(duì)映體(R-和S-)。使用軟件對(duì)分子進(jìn)行鑒定和定量。使用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)物，根據(jù)相對(duì)峰面積計(jì)算化合物的濃度。還從初始濃度為20至150mg L-1的25mL溶液中進(jìn)行平衡吸附等溫線在24小時(shí)內(nèi)(根據(jù)動(dòng)力學(xué)研究達(dá)到平衡時(shí)間)用2.5mg活性炭。所有吸附測(cè)定均重復(fù)進(jìn)行，并使用空白溶液(無(wú)吸附劑)檢查壁上吸附物的吸附情況。

　　活性炭的結(jié)構(gòu)分析

　　活性炭及其前體的TEM圖像如圖1所示。原料呈現(xiàn)均勻的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，活性炭圖像顯示活化劑化學(xué)活化過(guò)程使結(jié)構(gòu)略微膨脹，形成小的有序區(qū)域(圖中箭頭所示)。

　　圖1：前體材料(左)和活性炭(右)的TEM圖像。

　　活性炭對(duì)異丙甲草胺的吸附

　　異丙甲草胺在四種研究材料上的吸附速率在圖2顯示。在所有情況下，均采用相同的濃度和活性炭量。吸附時(shí)間的增加意味著達(dá)到平衡之前Rac-MET的去除增加。不管活性炭的性質(zhì)如何，都獲得了相似的動(dòng)力學(xué)曲線，盡管每種吸附劑在平衡條件下的吸收差異很大。對(duì)于編號(hào)1-3的活性炭材料，吸附速度相對(duì)較快，在約200℃后達(dá)到平衡。3小時(shí)后，約21小時(shí)后達(dá)到平衡。這一事實(shí)可能與中孔的缺失有關(guān)，因?yàn)樗�的存在有助于在初期吸附分�?ndash;它們能夠?yàn)榛钚蕴靠紫吨蟹肿訌闹锌椎椒肿拥臄U(kuò)散提供一條捷徑。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)非線性偽一階和偽二階動(dòng)力學(xué)模型擬合。發(fā)現(xiàn)活性炭1的吸附速率常數(shù)比較高，而活性炭2和3的速率常數(shù)高。這證實(shí)了中孔的存在增加了吸附速率，因?yàn)榛钚蕴?表現(xiàn)出更高的中孔發(fā)展，而2和3表現(xiàn)出相似的中孔體積。這些差異可能與吸附劑的不同質(zhì)地參數(shù)有關(guān)，特別是在它們的微孔和中孔網(wǎng)絡(luò)中。此外，孔徑對(duì)吸附過(guò)程具有重要影響，因?yàn)榫哂休^低孔徑的活性炭呈現(xiàn)較低的吸附。

　　圖2：活性炭在25°C時(shí)異丙甲草胺的吸附量隨接觸時(shí)間的變化。

　　活性炭對(duì)映體的吸附

　　異丙甲草胺的不同對(duì)映體混合物被四種活性炭的吸附動(dòng)力學(xué)曲線在圖3顯示。可以觀察到有趣的結(jié)果，取決于所采用的吸附劑。在活性炭1和3的情況下，沒(méi)有觀察到作為對(duì)映體比例的函數(shù)的顯著差異，表明對(duì)于這些吸附劑，吸附不是選擇性的。然而，對(duì)于活性炭2和活性炭4，觀察到不同的吸附容量作為對(duì)映體比例的函數(shù)。對(duì)于活性炭1，當(dāng)使用純對(duì)映異構(gòu)體時(shí)，平衡時(shí)的吸附量會(huì)增加，而S的50%至60%-對(duì)映體沒(méi)有觀察到差異(圖3)。盡管在平衡時(shí)間吸附量發(fā)生了變化，但吸附動(dòng)力學(xué)的形狀并未受到任何改變，這表明隨后的吸附過(guò)程并未隨對(duì)映異構(gòu)體的吸附比例而變化。

　　圖3:活性炭在25°C時(shí)映體，S-甲草胺(60%)和S-甲草胺(100%)吸附的演變。

　　使用活性炭對(duì)異丙甲草胺的吸附�；钚蕴吭贐ET面積，微孔和中孔體積以及相似的化學(xué)組成方面表現(xiàn)出不同的組織性質(zhì)。吸附量表明，介孔結(jié)構(gòu)與微孔的存在是吸附能力的決定因素�；钚蕴�3具有較高的BET面積和微/中孔網(wǎng)絡(luò)，對(duì)除草劑的吸附性更高。水性介質(zhì)的酸化沒(méi)有改變吸附能力，指出異丙甲草胺的吸附主要是通過(guò)非靜電相互作用發(fā)生的。有趣的是我們已經(jīng)觀察到對(duì)映體選擇性吸附隨所用活性炭的變化而變化。對(duì)于活性炭1和2吸附劑，對(duì)映體S-甲草胺的吸附更大，表明該分子的S-異構(gòu)體具有適當(dāng)?shù)臉?gòu)象，可以保留在中孔結(jié)構(gòu)中。由于S-甲草胺是除草劑中活性較高的對(duì)映異構(gòu)體，因此選擇性地吸附將使除草劑的回收，分離和純化也是有可能的。

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