活性炭(tan)去(qu)除污水中的亞(ya)硝酸鹽

　　活(huo)性炭去除廢水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的(de)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)根和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)根陰離子，氮(N)是所(suo)有(you)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)基本要素(su)。氮以(yi)不同的(de)氧化(hua)態(tai)存在(zai)，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)(he)NH 4  ( - 3)。其(qi)中(zhong)(zhong)，NO 3 -，NO 2 -和(he)(he)NH 4  ( - 3)更受(shou)關注，因(yin)(yin)為它們易溶于水(shui)(shui)，對人體健康有(you)毒。農(nong)業(ye)施(shi)肥等非點源硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)污(wu)染(ran)地(di)(di)下水(shui)(shui)和(he)(he)地(di)(di)表(biao)水(shui)(shui)已成為工(gong)業(ye)和(he)(he)發(fa)展中(zhong)(zhong)國家日益嚴重的(de)環(huan)境問題。硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)污(wu)染(ran)是由于硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)肥料的(de)廣泛使用(yong)和(he)(he)人類和(he)(he)動物(wu)廢物(wu)處理不善或(huo)未經處理而發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)。硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)是許多工(gong)業(ye)過程的(de)副產品，包括生(sheng)(sheng)產造紙、硝(xiao)基有(you)機(ji)化(hua)合物(wu)和(he)(he)藥物(wu)化(hua)合物(wu)。亞(ya)硝(xiao)胺(an)致癌的(de)前兆是地(di)(di)下水(shui)(shui)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)濃度的(de)增加。由于這些原因(yin)(yin)，歐盟限(xian)制了飲用(yong)水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)的(de)濃度。

　　亞硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)也是存(cun)在于更多放射(she)性(xing)廢物(wu)中的(de)(de)非(fei)放射(she)性(xing)廢物(wu)； 硝酸(suan)(suan)(suan)在核武(wu)器和(he)核燃料的(de)(de)生產過程(cheng)中被用來處理極其(qi)有(you)毒的(de)(de)放射(she)性(xing)元素，如鈾(you)和(he)鍶。然而，如果硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)濃(nong)度較(jiao)高，可能會影響穩定(ding)水泥基體(ti)的(de)(de)形成，使各種金(jin)屬加工(gong)廢料難以長期處理。因(yin)此，從健康和(he)環境的(de)(de)角度來看，去(qu)除硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)亞硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)是非(fei)常重要的(de)(de)。

　　傳統(tong)的(de)去除(chu)硝酸鹽(yan)和(he)亞硝酸鹽(yan)陰離子的(de)方法包括反滲透(tou)、離子交(jiao)換、組合膜生(sheng)物反應器/粉(fen)末(mo)活(huo)性炭吸附(fu)(fu)、生(sheng)物膜電(dian)極反應器(BER)和(he)BER /吸附(fu)(fu)過程。這些(xie)方法大多有一些(xie)缺點(dian)，如高資本(ben)、高運營成本(ben)或污泥處置。

　　未氧(yang)化氧(yang)化活性炭DFT孔(kong)徑分布。

　　*近，從廢水中去(qu)除硝(xiao)(xiao)酸鹽和亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸鹽的(de)陰離子(zi)，檢(jian)查了許多(duo)低(di)成本的(de)替代(dai)吸附劑。

　　目(mu)前(qian)的工作是(shi)提高活(huo)性炭去除廢水中(zhong)(zhong)硝(xiao)酸鹽(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸鹽(yan)離子的能(neng)力。為實現這一目(mu)標，進行(xing)了以下研(yan)究：(a)制備和(he)(he)表征活(huo)性炭，(b)在(zai)活(huo)性炭樣(yang)品中(zhong)(zhong)建立硝(xiao)酸鹽(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸根離子*大吸附條(tiao)件，(c)在(zai)活(huo)性炭上(shang)評估硝(xiao)酸鹽(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸鹽(yan)離子的動(dong)力學和(he)(he)熱(re)力學參數(shu)。

　　活性炭吸附研究：樣品選(xuan)擇(ze)：干燥活性炭的(de)(de)(de)固定(ding)(ding)非氧化和(he)氧化（0.1g)和(he)初始濃度Co = 25mgL -1的(de)(de)(de)原液(ye)的(de)(de)(de)25mL等分試樣振蕩24小時(shi)。過濾(lv)各種混合物，確定(ding)(ding)溶液(ye)中的(de)(de)(de)殘留物、硝酸(suan)鹽和(he)亞硝酸(suan)鹽含(han)量(liang)(liang)，以(yi)了解平衡時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)影響。通過稀釋NaOH或HCl溶液(ye)pH從2調(diao)整到(dao)11。在(zai)確定(ding)(ding)平衡時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)批量(liang)(liang)實驗中，我(wo)們使用20mL的(de)(de)(de)pH調(diao)節溶液(ye)和(he)30mg吸附劑(ji)。pH該值提(ti)供了*大的(de)(de)(de)陰離子去除(chu)率。取50毫(hao)克L的(de)(de)(de)硝酸(suan)鹽水溶液(ye)20ml的(de)(de)(de)進(jin)(jin)行-1 NO 3 ˉ不同量(liang)(liang)的(de)(de)(de)和(he)碳劑(ji)量(liang)(liang)為200毫(hao)克Ca(HCO存在(zai)3)20-400毫(hao)克L-1。25振蕩時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)作(zuo)用℃，45℃和(he)55℃24小時(shi)進(jin)(jin)行。使用離子色譜柱：6.1006.超(chao)濾(lv)液(ye)：2000陰離子柱.5 mmolL-一對(dui)苯二甲酸(suan)，7%乙(yi)腈，pH = 4.電導(dao)檢測器測定(ding)(ding)陰離子濃度。

　　動力學研究

　　動力(li)學試驗研究了活性(xing)(xing)炭(tan)對陰離(li)子(zi)吸附(fu)效率(lv)的(de)(de)影響(NO2-和(he)NO3-氧化活性(xing)(xing)炭(tan)樣品的(de)(de)吸附(fu)效果(guo)，50毫克(ke)活性(xing)(xing)炭(tan)和(he)20毫升硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)初始濃(nong)度為50毫升 mg·L - 1.亞(ya)硝酸(suan)鹽(yan)濃(nong)度為5 mg·L -1的(de)(de)時間為不同的(de)(de)時間段，即硝酸(suan)鹽(yan)和(he)亞(ya)硝酸(suan)鹽(yan)在各種(zhong)水產養殖(zhi)和(he)工業廢水中的(de)(de)濃(nong)度水平]通過濾紙過濾懸(xuan)浮液，分析(xi)殘余(yu)陰離(li)子(zi)濃(nong)度。

　　活性炭表征

　　根據所有元素的(de)百分比含量(liang)與(yu)氧殘(can)留量(liang)之間的(de)差異，的(de)方法是從(cong)元素分析中報告氧含量(liang)值。

　　活性炭表征

　　從(cong)元素分(fen)(fen)(fen)析中報告氧(yang)(yang)含量(liang)值的(de)常(chang)用方法是基于所(suo)有(you)元素的(de)百分(fen)(fen)(fen)比(bi)含量(liang)與(yu)氧(yang)(yang)殘留量(liang)之間(jian)的(de)差異(yi)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)氧(yang)(yang)含量(liang)顯(xian)(xian)著增(zeng)加（從(cong)0開始(shi).92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中研究了活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)DFT孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)徑分(fen)(fen)(fen)布(bu)。給出了表面(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)(ji)的(de)結果。顯(xian)(xian)示了活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)性(xing)(xing)(xing)質。 　　活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)(ji)和(he)(he)(he)表面(mian)(mian)積(ji)(ji)增(zeng)加，孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)徑分(fen)(fen)(fen)布(bu)沒有(you)明顯(xian)(xian)變(bian)化(hua)(hua)。與(yu)未氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)樣(yang)(yang)品相比(bi)，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)的(de)表面(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)(ji)分(fen)(fen)(fen)別(bie)增(zeng)加了約43%和(he)(he)(he)35%。氧(yang)(yang)化(hua)(hua)和(he)(he)(he)未氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品*大1nm 的(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)和(he)(he)(he)2-4nm的(de)中孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)。數據還(huan)顯(xian)(xian)示，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)后毛孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)變(bian)寬(kuan)。微(wei)區增(zeng)強，介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)范(fan)圍(2-4nm)稍微(wei)降低。這可能是因為(wei)(wei)從(cong)容納一個吸(xi)(xi)附(fu)層的(de)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)寬(kuan)到兩個，兩個層分(fen)(fen)(fen)別(bie)轉換為(wei)(wei)三個。                                                                                                                                                                         吸(xi)(xi)附(fu)材(cai)料的(de)表面(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)(ji)。1:未氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品.二(er)、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品.1:未氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品.二(er)、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)(yang)品.?DFT：分(fen)(fen)(fen)布(bu)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)徑；BET：微(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)材(cai)料的(de)表面(mian)(mian)積(ji)(ji)表征

　　兩種(zhong)吸(xi)附劑(ji)的(de)(de)(de)分(fen)形維(wei)數(D)由Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計(ji)算。在(zai)650℃活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)具(ju)有活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)D = 2.1.分(fen)數維(wei)數。這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明表(biao)(biao)面(mian)(mian)非常粗糙(cao)或(huo)不規則。在(zai)用Na 2 CO 3表(biao)(biao)面(mian)(mian)改(gai)性(xing)(xing)時，分(fen)形維(wei)數減(jian)少(shao)(D = 2.2)。 　　這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明改(gai)性(xing)(xing)碳(tan)的(de)(de)(de)結(jie)構隨著小晶粒(li)和(he)交(jiao)(jiao)聯結(jie)構的(de)(de)(de)分(fen)解(jie)變得(de)更加有序。對于(yu)這(zhe)(zhe)類試劑(ji)，混合(he)碳(tan)的(de)(de)(de)反應(ying)性(xing)(xing)大于(yu)微晶碳(tan)； 因此，交(jiao)(jiao)聯碳(tan)主要被消(xiao)耗掉。交(jiao)(jiao)聯分(fen)解(jie)導致堵(du)塞孔的(de)(de)(de)釋放，從(cong)而(er)減(jian)少(shao)增加的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和(he)孔體積。 　　硬度對活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)去(qu)除(chu)(chu)硝(xiao)酸(suan)鹽的(de)(de)(de)影響 　　共(gong)存(cun)離(li)子(zi)是(shi)碳(tan)酸(suan)氫鈣，通常在(zai)地下水(shui)中(zhong)(zhong)發現(xian)，并產生暫時的(de)(de)(de)硬度。圖2證明了(le)這(zhe)(zhe)一(yi)點(dian)(dian)。在(zai)Ca(HCO 3)2在(zai)存(cun)在(zai)下，硝(xiao)酸(suan)鹽的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)(chu)率明顯降低。這(zhe)(zhe)些物質(zhi)的(de)(de)(de)抑制作用可以歸因于(yu)NO 3 -和(he)HCO 3 -相同的(de)(de)(de)離(li)子(zi)結(jie)構。它們都(dou)是(shi)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)，而(er)且(qie)都(dou)是(shi)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)N-O和(he)C-O鍵之(zhi)間的(de)(de)(de)角度相同，等(deng)于(yu)120℃。可以合(he)理地認為，HCO 3個(ge) ˉ陰離(li)子(zi)的(de)(de)(de)競爭(zheng)性(xing)(xing)吸(xi)附到相同的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)位(wei)點(dian)(dian)RS的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)上。  圖2：使用1：活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)硬度對去(qu)除(chu)(chu)硝(xiao)酸(suan)鹽的(de)(de)(de)影響。 　　這(zhe)(zhe)些結(jie)果表(biao)(biao)明，由KMnO 改(gai)性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)比這(zhe)(zhe)些吸(xi)附劑(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)任何一(yi)種(zhong)都(dou)好得(de)多或(huo)更好。這(zhe)(zhe)可能與吸(xi)附機制有關，包(bao)括離(li)子(zi)交(jiao)(jiao)換和(he)絡合(he)。

　　事(shi)實上，開發低成本吸附(fu)(fu)劑是減少各種(zhong)化學工(gong)藝產生的(de)大量廢物和(he)(he)(he)(he)有毒(du)廢水的(de)主要目(mu)標之一(yi)。從(cong)這個意義上說(shuo)，高錳酸(suan)(suan)(suan)(suan)鉀改(gai)性活(huo)性炭對(dui)水溶液(ye)中的(de)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽和(he)(he)(he)(he)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽有很好的(de)吸附(fu)(fu)能力(li)(li)。在這個問(wen)題上，研究(jiu)了影響單組分體(ti)系中硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽和(he)(he)(he)(he)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽離子去(qu)除的(de)因素：溫(wen)度(du)，pH值、吸附(fu)(fu)劑濃度(du)和(he)(he)(he)(he)活(huo)性炭劑量。在二元體(ti)系(NO 3和(he)(he)(he)(he)HCO 3)硬度(du)對(dui)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽去(qu)除的(de)抑制(zhi)作用(yong)是指NO 3和(he)(he)(he)(he)HCO 在同一(yi)結構(gou)離子和(he)(he)(he)(he)系統中(NO 3和(he)(he)(he)(he)NO 2)由于競爭(zheng)效應，硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽吸附(fu)(fu)受到抑制(zhi)，亞(ya)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽吸附(fu)(fu)受到協(xie)同吸附(fu)(fu)的(de)促進。NOM當存在或不存在時(shi)，吸附(fu)(fu)能力(li)(li)相似，表明(ming)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽對(dui)碳表面的(de)親(qin)和(he)(he)(he)(he)力(li)(li)強(qiang)于硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽和(he)(he)(he)(he)NOM的(de)吸附(fu)(fu)。