Влияние точки нулевого заряда и поверхностной функциональности на кинетику и емкость адсорбции пиклорама на углеродных сорбентах различного происхождения

Аннотация

Представлены результаты сравнительного исследования адсорбции стойкого хлорорганического гербицида пиклорама (4-амино-3,5,6-трихлорпиридин-2-карбоновой кислоты) на серии углеродных сорбентов с различными поверхностными свойствами. Целью работы являлось установление взаимосвязей между кислотно-основными характеристиками, текстурными параметрами сорбентов и их адсорбционной активностью, а также определение доминирующих механизмов сорбции. Объектами исследования служили четыре углеродных материала: активированный уголь из скорлупы кокосового ореха (АУКО), мезопористый сорбент (МНУМ-2), активированный уголь из скорлупы макадамии (МО800-60) и макропористый Сибунит. Определяли их удельную поверхность (SБЭТ от 420 до 1150 м2/г), пористость, точку нулевого заряда (pHpzc от 4,80 до 8,50) и химический состав методами низкотемпературной адсорбции азота, потенциометрического титрования, ИК-Фурье спектроскопии и рентгеноспектрального микрозондового анализа. Кинетику и равновесие адсорбции пиклорама изучали в статических условиях при начальных концентрациях 20–200 мг/л. Обнаружена обратная корреляция между временем достижения адсорбционного равновесия (te) и значением pHpzc сорбента. Для основного сорбента МНУМ-2 (pHpzc = 8,50) te составило 8 ч, тогда как для кислотного АУКО (pHpzc = 4,80) – 200 ч. Это свидетельствует о доминирующей роли электростатических взаимодействий на кинетической стадии процесса. Равновесная адсорбционная емкость (qe) не коррелирует напрямую с pHpzc или SБЭТ. Максимальную емкость (207 мг/г при C0 = 100 мг/л) проявил АУКО, что объясняется преобладанием специфических взаимодействий (водородных связей и π-π-взаимодействия) между его кислотными поверхностными группами и функциональными фрагментами молекулы пиклорама. Для МНУМ-2 высокая емкость обусловлена синергетическим эффектом благоприятных электростатических взаимодействий и развитой поверхности. Сделан вывод, что поверхностная функциональность, оцениваемая через pHpzc, является ключевым фактором, контролирующим кинетику адсорбции, в то время как равновесная емкость определяется синергией текстурных параметров и способности поверхности к специфическим взаимодействиям. Результаты позволяют предложить критерии для направленного выбора углеродных адсорбентов: для быстрого удаления загрязнителя – материалы с высоким pHpzc, для глубокой очистки – микропористые сорбенты с кислотной поверхностью.