介绍
吐啉（Thorin）是一种含砷酸性偶氮染料，因可与多种金属离子发生特异性显色反应，被广泛用于铀、钍等放射性元素及常规金属离子的分光光度检测，是放射化学实验室、化工分析体系中典型的有机污染物。其分子含偶氮芳香基团与砷元素，兼具有机染料的生态毒性与砷的重金属危害，直接排放会对水环境与人体健康造成双重风险。
图一 吐啉
吸附去除
活性炭对吐啉的吸附性能受多种参数调控。溶液 pH 是核心影响因素：吐啉分子中磺酸基与砷酸基的 pKa 分别为 1.9 与 2.3，强酸性条件下以阴离子形态存在；活性炭表面 pH 低于 6 时带正电荷，可通过静电引力结合吐啉阴离子，因此吸附最优 pH 为 2.0。随 pH 升高，活性炭表面电荷反转，氢氧根离子与吐啉阴离子产生竞争吸附，去除率显著下降。除静电作用外，活性炭与吐啉之间还存在氢键、范德华力等多重作用，共同驱动染料分子富集。吸附剂投加量、接触时间与初始浓度同样调控处理效果。随活性炭投加量增加，吸附位点增多，吐啉去除率从 80% 逐步提升至 96%；吸附过程在 60 min 内达到平衡，低初始浓度下吸附速率更快，高浓度条件下平衡吸附量显著提升，体现出浓度差驱动的传质特性。
图二 吸附剂剂量对吐啉吸附的影响
动力学
吐啉在活性炭上的吸附符合准二级动力学模型，拟合决定系数高于准一级模型，且理论平衡吸附量与实验值高度吻合，说明吸附速率受化学吸附机制主导。颗粒内扩散模型拟合显示，颗粒内扩散参与吸附过程，但并非唯一控速步骤，液膜扩散等过程共同影响吸附速率。吸附等温线分析显示，Freundlich等温模型的拟合效果优于 Langmuir 模型，表明吐啉在活性炭表面为非均相多分子层吸附；基于 Langmuir 模型计算，298 K 下活性炭对吐啉的单层最大吸附容量达 267.40 mg/g，远高于聚丙烯腈聚合物、含磷聚合物等材料，吸附容量优势显著。
热力学
升温可促进吐啉的吸附去除，该过程为吸热反应，升温会加快染料分子的界面扩散速率。热力学参数显示，吸附过程吉布斯自由能变为负值，反应可自发进行；焓变与熵变均为正值，说明吸附伴随体系自由度升高，固液界面无序度增加。在模拟放射性废液场景中，即便体系存在铀、钍、铕、铁、钙、钠等多种共存离子，活性炭对吐啉的去除率仍保持在 98% 以上，抗基质干扰能力优异。与同类吸附材料相比，商用活性炭无需复杂改性、成本低廉、耐辐射性好[1]。
参考文献
[1]Ahmed M I ,Aglan F R ,Hamed M M .Removal of Arsenazo-III and Thorin from radioactive waste solutions by adsorption onto low-cost adsorbent[J].Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,2017,314(3):2253-2262.DOI:10.1007/s10967-017-5586-2.