Page 61 - 精细化工2019年第9期

第 9 期 宋康宁，等: 聚乙烯醇缩丁醛包膜活性炭对模拟血液的吸附 ·1789·

mg/L； t 为 t 时刻溶液质量浓度，mg/L；q e 为平衡 2 结果与讨论
吸附量，mg/g；k 为准二级速率常数，g/(mg·h)。
1.3.3 单组分吸附等温线的测定 2.1 表面形貌及孔结构表征
取 6 个 100 mL 具塞锥形瓶分别装入 0.5 g 包膜 图 1（虚线左侧为内部，右侧为外表面）为包
球形活性炭，加入 25 mL 不同质量浓度的肌酐溶液， 膜前后球形活性炭的 SEM 图。由图 1a 可以看出，
在 37 ℃恒温振荡水浴摇床中，以 100 r/min 振荡 未包膜活性炭表面平坦，表面孔口清晰可见，内部
24 h。吸附平衡后取溶液过滤，测定平衡质量浓度 呈无规则蜂窝状。包膜活性炭（图 1b~g）表面可观
 e 。由式（3）计算平衡吸附量 q e ，并对 e 作图得到 察到一定厚度且致密平滑的膜层，随 PVB 质量分数
吸附等温线，采用 Langmuir 等温吸附方程（式 4） 增加（图 1b、c、d），可以看到膜层逐渐增厚且外
进行分析。对于 VB 12 和溶菌酶，重复上述操作。 表面 PVB 黏连增多，光滑度下降。随着 PVB 分子
     V 量增加（图 1e、f、g），可以观察到膜层致密程度逐
q  0 e （3）
e
m 渐增加。
1  1 图 1h~i 分别为 0.4% max-SAC 样品的内外形貌，
e    e （4）
L
q e q m K q m 如图 1h 可以看到活性炭外表面与 PVB 膜结合较好，
式中： e 为吸附平衡质量浓度，mg/L；q m 为饱和吸 由于 PVB 质量分数较大，可看到外表面 PVB 黏连明
附量，mg/g；K L 为 Langmuir 吸附常数，L/mg。 显；图 1i 可以看到膜层厚度均匀，包膜情况良好。
1.4 双组分吸附实验 表 2 为包膜前后球形活性炭的孔结构参数。活
2
实际吸咐过程中，往往多种毒素分子共存，且 性炭（SAC）比表面积为 1277.6 m /g，以微孔和中
活性炭对不同毒素分子的吸附行为也不同。根据吸 孔为主。包膜后活性炭孔结构参数均未有较大的变
附质分子尺寸的相对差异性分为：（1）相对差异较 化，说明 PVB 只包覆在炭表面，未进入内部孔道，
[11] [12-13]
小的双组分：VB 12 和溶菌酶 直径分别约为 对活性炭的孔隙结构没有较大影响。
2.09 和 3.2 nm；（2）相对差异较大的双组分：溶菌 表 3 为包膜前后活性炭孔隙率。由于 PVB 分子
酶和直径约为 0.54 nm 的肌酐。 尺寸较大，无法进入活性炭微孔，并且压汞法所测
1.4.1 双组分质量浓度的测定 其孔径为 3 nm 以上的中大孔，因此可根据孔隙率的
由于 VB 12 和溶菌酶的吸收光谱在 281 nm 处互 变化说明 PVB 是否进入活性炭内部孔道中。由表 3
相重叠，不能直接根据单组分质量浓度测定方法测 可知，包膜前后活性炭颗粒内孔隙率变化较小，表
得溶菌酶质量浓度（ 3 ）；而在 361 nm 处，溶菌酶 明在包膜过程中 PVB 只有少量甚至几乎没有进入
几乎无吸收，可直接根据单组分质量浓度测定方法 活性炭中大孔。结合表 2，进一步说明 PVB 包膜对
测得 VB 12 质量浓度（ 2 ）。因此，采用最大吸收波 活性炭内部结构没有较大影响。
长-联立方程法，在 281 和 361 nm 处分别测定 VB 12 图 2 为包膜前后活性炭表面的红外谱图。同未
和溶菌酶的标准曲线，由吸光值加和性原则，联立 包膜活性炭相比，包膜后的活性炭谱图中在 2960 和
各标准曲线方程得到： 2870 cm 附近出现了较强的—CH 3 和—CH 2 的伸缩
1
2
  58.15A  0.1845 R =0.999 （5）
2 361 振动峰，这是来自 PVB 中的醛基特征峰。而对比不
2
  3 416.67A 281  222.91A 361  0.125 R =0.998 （6） 同分子量的 PVB 包膜情况，随着分子量的增大，该

同理，根据肌酐（ 1 ）与溶菌酶（ 3 ）的吸收 特征峰强度增大，说明醛基含量增大。
光谱，得到质量浓度表达式如下： 2.2 单组分体系吸附
2
  20.12A  58.28A  0.918 R =0.992 （7） 2.2.1 吸附动力学
1 233 281
2
  413.77A  0.4171 R =0.998 （8） 图 3 和表 4 为不同包膜条件下包膜活性炭对 3
3 281
1.4.2 双组分吸附动力学曲线的测定 种物质的单组分吸附动力学曲线与准二级动力学模
在 100 mL 具塞锥形瓶中加入初始质量浓度与 型拟合参数。由图和表可知，包膜后吸附量均有所
单组分吸附相同的双组分物质，其余步骤相同。为 降低，表现出阻隔作用。3 种物质的相关系数均在
了说明双组分体系中出现的竞争吸附现象，定义竞 0.98 以上，说明准二级动力学模型能较好地描述吸
争吸附强度（S）如下： 附过程。
( q )q  随着 PVB 质量分数的增加，3 种物质的吸附速
S /%  e b e  1 00 （9）
q e 率均下降明显。这是因为活性炭表面膜层致密程度
式中：q be 为双组分体系下平衡吸附量，mg/g。 随 PVB 质量分数递增，膜层通透性减小，传质阻力