活性炭去除氟化物

　　用鋯浸漬(zi)或沉淀(IV)氟吸(xi)(xi)(xi)附通常在(zai)改(gai)(gai)性活(huo)性炭時得到(dao)改(gai)(gai)善。這些(xie)雜(za)化(hua)吸(xi)(xi)(xi)附劑可以通過控制浸漬(zi)條(tiao)件來改(gai)(gai)善，這已經確(que)定Zr組裝和分散在(zai)活(huo)性炭表(biao)面。活(huo)性炭在(zai)這里使用Zr(IV)與(yu)草酸(OA)共同(tong)改(gai)(gai)性，使鋯分散體(ti)*大化(hua)，增強(qiang)氟化(hua)物(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附。吸(xi)(xi)(xi)附實(shi)驗在(zai)pH7和25℃氟濃(nong)度為40 mg L -1。活(huo)性炭經過OA / Zr氟化(hua)物(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附的*佳(jia)條(tiao)件是改(gai)(gai)性。電位滴(di)定顯示，改(gai)(gai)性后的活(huo)性炭(鋯改(gai)(gai)性活(huo)性炭)在(zai)pH正電荷低于7，分析(xi)表(biao)明(ming)鋯離子主要(yao)與(yu)活(huo)性炭表(biao)面的羧(suo)基相互作用。

　　此外，氟化(hua)物(wu)可以存在(zai)(zai)于(yu)(yu)飲(yin)(yin)用(yong)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)，約0.7毫克L -1的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)平被(bei)認(ren)為是有益的(de)(de)，但如果超(chao)過(guo)1.5毫克L -1則有害。飲(yin)(yin)用(yong)水(shui)(shui)(shui)或(huo)地下水(shui)(shui)(shui)(飲(yin)(yin)用(yong)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)主要來源之一)攝(she)入高氟化(hua)物(wu)濃度會(hui)造成危害，嚴重時會(hui)導致(zhi)氟中(zhong)毒(牙齒和骨骼異常)或(huo)神經(jing)損傷。氟化(hua)物(wu)濃度，*多30毫克的(de)(de)L -世界上許多地區(qu)都(dou)能找到地下水(shui)(shui)(shui)，而且(qie)它至少存在(zai)(zai)于(yu)(yu)25個國家。

　　許多(duo)研究集中(zhong)在從(cong)水(shui)溶液中(zhong)去除氟化物(wu)工程的(de)(de)吸(xi)(xi)附劑，包括氧化鋁、粘土、礦物(wu)質和(he)植物(wu)、活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和(he)納米管 ，稀有氧化物(wu)、聚合(he)物(wu)和(he)樹脂。還知(zhi)道，一些(xie)金(jin)屬(shu)氧化物(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或(huo)鈦(tai)，可以顯著增加氟化物(wu)的(de)(de)吸(xi)(xi)附能力。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)具有天然（未改性(xing)(xing)）的(de)(de)巨大表(biao)面積(ji)，是水(shui)中(zhong)氟化物(wu)的(de)(de)優良吸(xi)(xi)附劑，但(dan)能提供(gong)穩定的(de)(de)支持，實現強氟化物(wu)吸(xi)(xi)附劑金(jin)屬(shu)相的(de)(de)高(gao)(gao)分散，抑制(zhi)(zhi)這(zhe)些(xie)活(huo)性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒的(de)(de)燒結或(huo)體(ti)積(ji)沉淀。當這(zhe)種活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)材料使用鋯(gao)鋯(gao)時(shi)(IV)金(jin)屬(shu)絡合(he)物(wu)浸漬時(shi)，吸(xi)(xi)附能力提高(gao)(gao)了3-5倍 。提高(gao)(gao)氟化物(wu)吸(xi)(xi)附能力的(de)(de)關鍵因(yin)素是控制(zhi)(zhi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面積(ji)和(he)負載金(jin)屬(shu)相的(de)(de)尺寸分布。還能抑制(zhi)(zhi)這(zhe)些(xie)活(huo)性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒的(de)(de)燒結或(huo)體(ti)積(ji)沉淀。

　　一些研究已經(jing)集中(zhong)在(zai)(zai)裝載(zai)鋯上(shang)(IV)金屬(shu)鹽溶液通(tong)過浸漬或沉淀轉化為幾種(zhong)吸(xi)附劑。雖然這種(zhong)合(he)(he)成(cheng)(cheng)操作很簡單，但由(you)于(yu)pH，離(li)子強度存在(zai)(zai)或已知會影響(xiang)離(li)子強度Zr(IV)顆(ke)粒(li)(li)的(de)聚(ju)集和(he)重組的(de)其他因素的(de)影響(xiang)，難以理解(jie)和(he)優化。在(zai)(zai)許多情況(kuang)下(xia)，由(you)于(yu)平均尺(chi)寸范圍為納(na)米至微(wei)米，吸(xi)附劑的(de)特定面(mian)積為Zr在(zai)(zai)常規合(he)(he)成(cheng)(cheng)中(zhong)，顆(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下(xia)降，不受控(kong)制(zhi)(zhi)。我們(men)認(ren)為，在(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)過程中(zhong)結合(he)(he)粒(li)(li)子表面(mian)或核(he)的(de)絡合(he)(he)（或螯合(he)(he)）配體，有助于(yu)控(kong)制(zhi)(zhi)分(fen)散金屬(shu)的(de)生長和(he)*終粒(li)(li)度分(fen)布。有機(ji)酸(suan)已被證明處于(yu)成(cheng)(cheng)核(he)和(he)聚(ju)合(he)(he)階段(duan)。該方法尚未系統地用(yong)(yong)于(yu)包含Zr納(na)米顆(ke)粒(li)(li)負載(zai)在(zai)(zai)活性(xing)炭(tan)等碳表面(mian)，因此(ci)采用(yong)(yong)高(gao)機(ji)械強度、優良(liang)的(de)流通(tong)系統滲(shen)透(tou)性(xing)和(he)高(gao)活性(xing)炭(tan)表面(mian)，用(yong)(yong)于(yu)飲用(yong)(yong)水系統的(de)脫氟(fu)(fu)過程。本研究的(de)目的(de)是利用(yong)(yong)草酸(suan)作為浸漬過程中(zhong)的(de)復(fu)合(he)(he)配體來控(kong)制(zhi)(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提出可能的(de)氟(fu)(fu)吸(xi)附機(ji)制(zhi)(zhi)，提高(gao)顆(ke)粒(li)(li)活性(xing)炭(tan)的(de)氟(fu)(fu)吸(xi)附能力。

　　鋯改性用于活性炭

　　根據考慮了Zr(IV)/有(you)機封端劑(ji)(Zr / OA)在實(shi)驗設計中(zhong)，采用鋯(gao)浸漬(zi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)，以確定具(ju)有(you)*高氟(fu)吸附能力(li)的吸附劑(ji)。添加活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液中(zhong)。然后，將(jiang)浸漬(zi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和(he)10mL的0.01-12.將(jiang)2%的草酸溶液混合1天(tian)，然后過濾、漂洗和(he)60%℃干燥12小時。由此產生的浸漬(zi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶液中(zhong)，獲得(de)的材料是鋯(gao)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。所有(you)浸漬(zi)過程均為25℃進行(xing)。

　　活性炭(tan)吸附氟化物機理

　　這(zhe)里使用的(de)(de)多(duo)種光譜技(ji)術與(yu)(yu)電位滴定(ding)提供了關于(yu)Zr-活性炭(tan)(tan)浸漬(zi)草酸(suan)(ZrOx-AC)氟(fu)化(hua)(hua)物吸(xi)附過程中(zhong)有價值的(de)(de)信息。光譜分析(xi)確定(ding)了商業活性炭(tan)(tan)(F400)參與(yu)(yu)氟(fu)化(hua)(hua)物吸(xi)收Zr(IV)主要的(de)(de)離子錨定(ding)官能團。此(ci)外，這(zhe)些分析(xi)有助于(yu)確定(ding)碳表(biao)面氟(fu)氧化(hua)(hua)鋯的(de)(de)類(lei)型。

　　因(yin)此(ci)，根據(ju)本研究中的(de)所有(you)證據(ju)，可(ke)以假設氟(fu)吸附機(ji)制（上圖(tu)）。首(shou)先(xian)，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)水解(jie)Zr(IV)-COOH通過(guo)靜電(dian)相互(hu)作(zuo)用形(xing)成(cheng)(cheng)形(xing)成(cheng)(cheng)CO-Zr鍵。考慮到鋯(gao)(IV)能形(xing)成(cheng)(cheng)四(si)面(mian)體(ti)和(he)八(ba)面(mian)體(ti)的(de)聚合物結構。因(yin)此(ci)，可(ke)以提出活(huo)性炭表(biao)面(mian)氧官能度(du)的(de)**相互(hu)作(zuo)用，見(jian)圖(tu)。

　　簡而言之，表示活(huo)性(xing)炭Zr在(zai)混(hun)合(he)過程中加入(ru)草(cao)酸可以(yi)使氟吸(xi)附(fu)簡單Zr摻雜的(de)AC下以(yi)1.05的(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我(wo)們的(de)工作(zuo)表明，增強機(ji)制(zhi)涉及Zr離(li)子的(de)OA它(ta)控制(zhi)成核，限制(zhi)在(zai)常規方法中Zr分(fen)散的(de)ZrO 二顆粒的(de)生長。鋯(gao)活(huo)性(xing)表面(mian)積(ji)增加，與活(huo)性(xing)炭表面(mian)位點(dian)有關OA分(fen)子復合(he)物(wu)的(de)形式留(liu)下了一(yi)些高活(huo)性(xing)Zr。*后，從Zr-羥(qian)基交(jiao)換在(zai)草(cao)酸鹽(yan)的(de)表面(mian)位置Zr = O氟離(li)子與鋯(gao)離(li)子的(de)正電荷(he)相互(hu)作(zuo)用。