活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯浸漬或(huo)沉淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)(xi)附(fu)通常在改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)時得到改(gai)(gai)(gai)善(shan)。這些雜化(hua)(hua)吸(xi)(xi)附(fu)劑可(ke)以通過(guo)控制浸漬條件(jian)來改(gai)(gai)(gai)善(shan)，這已經確(que)定Zr組裝和分(fen)散(san)(san)在活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面。活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在這里使(shi)用(yong)Zr(IV)與草酸(OA)共同改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯分(fen)散(san)(san)體*大化(hua)(hua)，增(zeng)強氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物吸(xi)(xi)附(fu)。吸(xi)(xi)附(fu)實驗在pH7和25℃氟(fu)(fu)濃度(du)為40 mg L -1。活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)經過(guo)OA / Zr氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物吸(xi)(xi)附(fu)的*佳條件(jian)是改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)。電(dian)位滴定顯示，改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)后的活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(鋯改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan))在pH正電(dian)荷低于(yu)7，分(fen)析表(biao)明鋯離子主要與活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面的羧(suo)基相互(hu)作用(yong)。

　　此外(wai)，氟(fu)化(hua)物可以(yi)存(cun)在于飲用(yong)水中，約0.7毫(hao)克L -1的水平被認為是有(you)益的，但(dan)如果超過1.5毫(hao)克L -1則有(you)害。飲用(yong)水或地下水(飲用(yong)水的主要來源之一)攝入高氟(fu)化(hua)物濃度會造(zao)成危害，嚴重(zhong)時會導致氟(fu)中毒(牙齒和骨骼異(yi)常)或神經損(sun)傷(shang)。氟(fu)化(hua)物濃度，*多(duo)30毫(hao)克的L -世界(jie)上許多(duo)地區都能找(zhao)到地下水，而且它至少(shao)存(cun)在于25個國家。

　　許多(duo)研究集中在從水(shui)溶液中去除氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)工程(cheng)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附劑，包括(kuo)氧(yang)化(hua)(hua)鋁、粘土、礦物(wu)(wu)質和(he)植(zhi)物(wu)(wu)、活性(xing)(xing)炭(tan)和(he)納米管 ，稀有氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)和(he)樹脂。還(huan)知道，一(yi)些(xie)金(jin)屬(shu)(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或鈦，可以顯(xian)著增加氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附能力。活性(xing)(xing)炭(tan)具有天然（未(wei)改性(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表面(mian)積，是水(shui)中氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)優良吸(xi)(xi)附劑，但能提供穩定的(de)(de)(de)支持，實現強氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)吸(xi)(xi)附劑金(jin)屬(shu)(shu)相的(de)(de)(de)高分散，抑制(zhi)這(zhe)些(xie)活性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)(shu)顆粒(li)的(de)(de)(de)燒(shao)結或體(ti)積沉(chen)淀(dian)。當這(zhe)種活性(xing)(xing)炭(tan)材料(liao)使用(yong)鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金(jin)屬(shu)(shu)絡合物(wu)(wu)浸漬時，吸(xi)(xi)附能力提高了3-5倍 。提高氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)吸(xi)(xi)附能力的(de)(de)(de)關(guan)鍵因素是控(kong)制(zhi)活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)積和(he)負(fu)載金(jin)屬(shu)(shu)相的(de)(de)(de)尺寸分布。還(huan)能抑制(zhi)這(zhe)些(xie)活性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)(shu)顆粒(li)的(de)(de)(de)燒(shao)結或體(ti)積沉(chen)淀(dian)。

　　一些(xie)研(yan)究已經集中(zhong)在(zai)(zai)(zai)裝(zhuang)載鋯上(IV)金(jin)屬(shu)鹽溶液(ye)通(tong)過浸漬或沉淀轉化為幾種(zhong)吸(xi)附(fu)劑。雖然這種(zhong)合成操作(zuo)很簡單，但由(you)于pH，離(li)子(zi)強度(du)存在(zai)(zai)(zai)或已知(zhi)會影響離(li)子(zi)強度(du)Zr(IV)顆粒(li)(li)的(de)聚集和重組的(de)其(qi)他因(yin)素(su)的(de)影響，難以理解和優化。在(zai)(zai)(zai)許多情況下(xia)，由(you)于平均尺寸范圍為納米(mi)至微米(mi)，吸(xi)附(fu)劑的(de)特(te)定面(mian)(mian)(mian)積為Zr在(zai)(zai)(zai)常(chang)規合成中(zhong)，顆粒(li)(li)孔(kong)堵(du)塞并下(xia)降，不受(shou)控(kong)制(zhi)。我們認為，在(zai)(zai)(zai)合成過程中(zhong)結合粒(li)(li)子(zi)表面(mian)(mian)(mian)或核(he)的(de)絡合（或螯合）配體，有助于控(kong)制(zhi)分散金(jin)屬(shu)的(de)生(sheng)長和*終粒(li)(li)度(du)分布(bu)。有機(ji)酸已被(bei)證明處(chu)于成核(he)和聚合階段。該方(fang)法尚(shang)未系(xi)統地用于包含(han)Zr納米(mi)顆粒(li)(li)負載在(zai)(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭等碳表面(mian)(mian)(mian)，因(yin)此采(cai)用高機(ji)械強度(du)、優良的(de)流通(tong)系(xi)統滲透性(xing)和高活(huo)性(xing)炭表面(mian)(mian)(mian)，用于飲用水系(xi)統的(de)脫氟(fu)過程。本(ben)研(yan)究的(de)目的(de)是利用草酸作(zuo)為浸漬過程中(zhong)的(de)復合配體來控(kong)制(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提(ti)出(chu)可能的(de)氟(fu)吸(xi)附(fu)機(ji)制(zhi)，提(ti)高顆粒(li)(li)活(huo)性(xing)炭的(de)氟(fu)吸(xi)附(fu)能力。

　　鋯改性用(yong)于活(huo)性炭

　　根(gen)據考慮了Zr(IV)/有(you)機封端劑(Zr / OA)在(zai)(zai)實(shi)驗設計中，采用鋯(gao)浸漬活性(xing)炭(tan)，以確定具有(you)*高氟吸附能(neng)力的吸附劑。添(tian)加(jia)活性(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液中。然后，將(jiang)浸漬活性(xing)炭(tan)和10mL的0.01-12.將(jiang)2%的草(cao)酸溶(rong)液混合(he)1天(tian)，然后過濾、漂(piao)洗和60%℃干燥12小(xiao)時。由此產生的浸漬活性(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將(jiang)F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)(zai)溶(rong)液中，獲得的材(cai)料是鋯(gao)改性(xing)活性(xing)炭(tan)。所有(you)浸漬過程(cheng)均為25℃進(jin)行。

　　活性炭吸(xi)附(fu)氟化(hua)物機理

　　這(zhe)里使(shi)用(yong)的(de)多種光譜技術(shu)與(yu)電(dian)位滴定提供了(le)關于Zr-活(huo)性炭(tan)浸漬草酸(ZrOx-AC)氟化(hua)物(wu)吸(xi)附過(guo)程中有價值的(de)信(xin)息。光譜分析(xi)確定了(le)商(shang)業活(huo)性炭(tan)(F400)參與(yu)氟化(hua)物(wu)吸(xi)收Zr(IV)主要(yao)的(de)離子錨定官能團。此外，這(zhe)些分析(xi)有助于確定碳表面氟氧化(hua)鋯(gao)的(de)類型。

　　因(yin)此(ci)，根據本研究中的(de)所(suo)有證據，可以假設氟(fu)吸(xi)附機制（上圖(tu)）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)水解Zr(IV)-COOH通(tong)過靜電相互(hu)作用形成(cheng)形成(cheng)CO-Zr鍵。考慮到(dao)鋯(IV)能形成(cheng)四面體和八(ba)面體的(de)聚(ju)合物(wu)結構。因(yin)此(ci)，可以提出(chu)活(huo)性炭表面氧官能度(du)的(de)**相互(hu)作用，見圖(tu)。

　　簡(jian)而(er)言之，表(biao)(biao)示活(huo)性(xing)炭Zr在混合(he)過程中(zhong)加入(ru)草酸可以使氟吸附簡(jian)單Zr摻雜的(de)(de)(de)(de)AC下以1.05的(de)(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們(men)的(de)(de)(de)(de)工作表(biao)(biao)明(ming)，增強機制(zhi)涉及Zr離子(zi)的(de)(de)(de)(de)OA它控(kong)制(zhi)成核(he)，限(xian)制(zhi)在常規方(fang)法(fa)中(zhong)Zr分(fen)散的(de)(de)(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)(de)(de)生長(chang)。鋯(gao)活(huo)性(xing)表(biao)(biao)面(mian)積增加，與活(huo)性(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)位點有(you)關OA分(fen)子(zi)復合(he)物的(de)(de)(de)(de)形式留下了一(yi)些高活(huo)性(xing)Zr。*后(hou)，從Zr-羥基交換在草酸鹽的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)位置Zr = O氟離子(zi)與鋯(gao)離子(zi)的(de)(de)(de)(de)正電荷相互作用。