活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)(gao)浸漬或沉淀(IV)氟吸附通(tong)常(chang)在(zai)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)時得到改(gai)(gai)善。這(zhe)些雜化(hua)吸附劑可以通(tong)過(guo)控制浸漬條件來改(gai)(gai)善，這(zhe)已經確(que)定Zr組裝和分(fen)散在(zai)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)這(zhe)里使用Zr(IV)與草酸(OA)共同改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，使鋯(gao)(gao)分(fen)散體*大化(hua)，增強氟化(hua)物吸附。吸附實驗(yan)在(zai)pH7和25℃氟濃度為40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)經過(guo)OA / Zr氟化(hua)物吸附的(de)*佳條件是改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。電位(wei)滴定顯示，改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)后(hou)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(鋯(gao)(gao)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan))在(zai)pH正電荷低(di)于7，分(fen)析表明鋯(gao)(gao)離子主(zhu)要(yao)與活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)的(de)羧基相互作用。

　　此外，氟(fu)化物可(ke)以存在于飲用(yong)水(shui)中(zhong)，約0.7毫克L -1的水(shui)平被認為是有益(yi)的，但如果超過(guo)1.5毫克L -1則有害(hai)。飲用(yong)水(shui)或地(di)下水(shui)(飲用(yong)水(shui)的主(zhu)要來源之一(yi))攝入高氟(fu)化物濃(nong)度(du)會造成危害(hai)，嚴重時會導致氟(fu)中(zhong)毒(牙齒和骨骼異(yi)常)或神經損傷。氟(fu)化物濃(nong)度(du)，*多(duo)30毫克的L -世(shi)界上許多(duo)地(di)區都能找到地(di)下水(shui)，而(er)且它(ta)至少存在于25個國(guo)家(jia)。

　　許多研究集中在從水溶液中去除氟化物(wu)(wu)(wu)(wu)工程的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)，包括氧(yang)化鋁(lv)、粘(zhan)土、礦物(wu)(wu)(wu)(wu)質和(he)植物(wu)(wu)(wu)(wu)、活性(xing)(xing)炭(tan)和(he)納(na)米管 ，稀有氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)樹脂(zhi)。還(huan)(huan)知道，一些金屬(shu)氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu)，如(ru)鐵、錳、蘭、鋁(lv)、鋯(gao)(gao)或(huo)鈦，可以顯著增(zeng)加氟化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)。活性(xing)(xing)炭(tan)具有天(tian)然（未改(gai)性(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表面(mian)(mian)積，是(shi)(shi)水中氟化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)優良吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)，但能(neng)提供穩定的(de)(de)(de)支(zhi)持，實現(xian)強氟化物(wu)(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)金屬(shu)相的(de)(de)(de)高(gao)(gao)分(fen)散，抑制(zhi)(zhi)這些活性(xing)(xing)金屬(shu)顆粒的(de)(de)(de)燒結(jie)或(huo)體(ti)(ti)積沉淀(dian)。當這種活性(xing)(xing)炭(tan)材料使(shi)用鋯(gao)(gao)鋯(gao)(gao)時(shi)(IV)金屬(shu)絡(luo)合物(wu)(wu)(wu)(wu)浸(jin)漬時(shi)，吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)提高(gao)(gao)了3-5倍(bei) 。提高(gao)(gao)氟化物(wu)(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)的(de)(de)(de)關鍵因素是(shi)(shi)控制(zhi)(zhi)活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)(mian)積和(he)負載金屬(shu)相的(de)(de)(de)尺寸分(fen)布。還(huan)(huan)能(neng)抑制(zhi)(zhi)這些活性(xing)(xing)金屬(shu)顆粒的(de)(de)(de)燒結(jie)或(huo)體(ti)(ti)積沉淀(dian)。

　　一些研(yan)究已(yi)(yi)經集(ji)中(zhong)在(zai)(zai)裝載鋯上(IV)金(jin)屬(shu)(shu)鹽溶液通過浸(jin)漬或(huo)沉淀轉化(hua)為(wei)幾種(zhong)吸(xi)附(fu)(fu)劑。雖然這種(zhong)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)操作(zuo)很簡單，但由(you)于pH，離子(zi)強(qiang)度(du)存在(zai)(zai)或(huo)已(yi)(yi)知會影響離子(zi)強(qiang)度(du)Zr(IV)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)聚(ju)集(ji)和(he)(he)重組的(de)(de)(de)其他因素的(de)(de)(de)影響，難以理(li)解和(he)(he)優(you)化(hua)。在(zai)(zai)許多情(qing)況下(xia)，由(you)于平均尺寸范(fan)圍(wei)為(wei)納米(mi)至微米(mi)，吸(xi)附(fu)(fu)劑的(de)(de)(de)特定面(mian)積為(wei)Zr在(zai)(zai)常規合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)中(zhong)，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下(xia)降(jiang)，不受控制(zhi)。我們(men)認為(wei)，在(zai)(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)過程中(zhong)結合(he)(he)(he)粒(li)(li)子(zi)表(biao)面(mian)或(huo)核的(de)(de)(de)絡(luo)合(he)(he)(he)（或(huo)螯合(he)(he)(he)）配體(ti)，有助于控制(zhi)分散金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)生長和(he)(he)*終粒(li)(li)度(du)分布。有機酸已(yi)(yi)被證(zheng)明處于成(cheng)(cheng)核和(he)(he)聚(ju)合(he)(he)(he)階段。該(gai)方法尚未(wei)系統(tong)(tong)地用于包含Zr納米(mi)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)負載在(zai)(zai)活性(xing)炭等碳(tan)表(biao)面(mian)，因此采用高機械強(qiang)度(du)、優(you)良的(de)(de)(de)流通系統(tong)(tong)滲透性(xing)和(he)(he)高活性(xing)炭表(biao)面(mian)，用于飲用水系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)脫氟(fu)過程。本研(yan)究的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是利用草酸作(zuo)為(wei)浸(jin)漬過程中(zhong)的(de)(de)(de)復合(he)(he)(he)配體(ti)來控制(zhi)含量(liang)Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提出可能的(de)(de)(de)氟(fu)吸(xi)附(fu)(fu)機制(zhi)，提高顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)活性(xing)炭的(de)(de)(de)氟(fu)吸(xi)附(fu)(fu)能力。

　　鋯改性(xing)用于活性(xing)炭(tan)

　　根據考慮(lv)了Zr(IV)/有(you)機封端劑(Zr / OA)在實驗設計(ji)中(zhong)，采用鋯浸漬活性(xing)(xing)(xing)炭，以確定具(ju)有(you)*高氟(fu)吸(xi)附(fu)能(neng)力的(de)(de)吸(xi)附(fu)劑。添加(jia)活性(xing)(xing)(xing)炭Zr 2  ?15 %的(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液中(zhong)。然后，將浸漬活性(xing)(xing)(xing)炭和10mL的(de)(de)0.01-12.將2%的(de)(de)草酸(suan)溶(rong)液混(hun)合(he)1天，然后過濾、漂洗和60%℃干燥12小時。由此(ci)產生的(de)(de)浸漬活性(xing)(xing)(xing)炭稱為ZrOx-AC。將F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液中(zhong)，獲得(de)的(de)(de)材(cai)料是鋯改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭。所有(you)浸漬過程均為25℃進行。

　　活性炭(tan)吸附氟化物機理

　　這(zhe)里使用的(de)多種光譜技術與電位滴定(ding)提供了關于Zr-活(huo)性炭浸漬草(cao)酸(ZrOx-AC)氟(fu)化(hua)物吸附過程中有(you)價值(zhi)的(de)信(xin)息(xi)。光譜分析(xi)確定(ding)了商業活(huo)性炭(F400)參與氟(fu)化(hua)物吸收Zr(IV)主(zhu)要的(de)離子錨定(ding)官能團。此外，這(zhe)些分析(xi)有(you)助于確定(ding)碳表(biao)面氟(fu)氧化(hua)鋯的(de)類(lei)型。

　　因(yin)此，根據本研(yan)究中的(de)所有證據，可以(yi)假(jia)設氟吸(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(shui)解Zr(IV)-COOH通過靜(jing)電(dian)相(xiang)互作用形(xing)成(cheng)形(xing)成(cheng)CO-Zr鍵(jian)。考(kao)慮到鋯(IV)能(neng)形(xing)成(cheng)四面(mian)體和八面(mian)體的(de)聚合(he)物結構。因(yin)此，可以(yi)提出活性炭表面(mian)氧官(guan)能(neng)度的(de)**相(xiang)互作用，見圖(tu)。

　　簡而(er)言之，表示活(huo)(huo)性炭(tan)Zr在混合(he)過程中(zhong)(zhong)加入草酸可以(yi)使(shi)氟吸附(fu)簡單Zr摻雜的(de)(de)AC下(xia)以(yi)1.05的(de)(de)*佳Zr / OA比提(ti)高3倍。我(wo)們的(de)(de)工(gong)作(zuo)表明，增強機制涉及Zr離(li)子(zi)的(de)(de)OA它控制成核，限(xian)制在常(chang)規方法中(zhong)(zhong)Zr分(fen)散的(de)(de)ZrO 二(er)顆粒的(de)(de)生(sheng)長。鋯活(huo)(huo)性表面(mian)積增加，與活(huo)(huo)性炭(tan)表面(mian)位(wei)點有(you)關OA分(fen)子(zi)復合(he)物的(de)(de)形式留下(xia)了一些高活(huo)(huo)性Zr。*后，從Zr-羥基交換在草酸鹽的(de)(de)表面(mian)位(wei)置(zhi)Zr = O氟離(li)子(zi)與鋯離(li)子(zi)的(de)(de)正(zheng)電荷相互(hu)作(zuo)用。