活性炭去除氟化物

　　用鋯浸(jin)漬或沉淀(IV)氟吸(xi)(xi)附(fu)(fu)通常在(zai)(zai)改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)時得到改(gai)善(shan)。這(zhe)些雜化(hua)(hua)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑可以通過(guo)控制浸(jin)漬條件來改(gai)善(shan)，這(zhe)已經確定Zr組裝和(he)分散(san)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)這(zhe)里使(shi)用Zr(IV)與草(cao)酸(OA)共同(tong)改(gai)性(xing)(xing)，使(shi)鋯分散(san)體*大化(hua)(hua)，增強氟化(hua)(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)。吸(xi)(xi)附(fu)(fu)實驗在(zai)(zai)pH7和(he)25℃氟濃度(du)為(wei)40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)經過(guo)OA / Zr氟化(hua)(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)的*佳(jia)條件是(shi)改(gai)性(xing)(xing)。電位滴定顯示，改(gai)性(xing)(xing)后(hou)的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(鋯改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan))在(zai)(zai)pH正電荷低于7，分析表明鋯離子主要與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面的羧基相互作用。

　　此外，氟(fu)化物(wu)可以存(cun)在于飲(yin)用(yong)水中，約0.7毫(hao)克(ke)L -1的水平被認(ren)為是(shi)有(you)益的，但如(ru)果超(chao)過1.5毫(hao)克(ke)L -1則有(you)害。飲(yin)用(yong)水或(huo)地(di)下水(飲(yin)用(yong)水的主(zhu)要來源之一(yi))攝入高氟(fu)化物(wu)濃度會造成危害，嚴重時會導致氟(fu)中毒(牙齒(chi)和骨骼異常)或(huo)神經損傷。氟(fu)化物(wu)濃度，*多30毫(hao)克(ke)的L -世界(jie)上許多地(di)區都能(neng)找到地(di)下水，而且(qie)它至(zhi)少存(cun)在于25個(ge)國家。

　　許多研究集中在從水溶(rong)液中去除(chu)氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)工程的吸(xi)附劑，包括氧化鋁、粘(zhan)土、礦(kuang)物(wu)(wu)質和植物(wu)(wu)、活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和納米管(guan) ，稀有氧化物(wu)(wu)、聚合(he)物(wu)(wu)和樹脂。還知道，一(yi)些金屬(shu)(shu)(shu)氧化物(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭(lan)、鋁、鋯或(huo)鈦，可(ke)以顯著(zhu)增加氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)的吸(xi)附能(neng)力。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)具有天然（未(wei)改性(xing)(xing)）的巨大表面積，是(shi)(shi)水中氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)的優良吸(xi)附劑，但能(neng)提供穩定的支(zhi)持，實現強(qiang)氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)吸(xi)附劑金屬(shu)(shu)(shu)相(xiang)的高分散，抑(yi)制(zhi)(zhi)這些活(huo)(huo)性(xing)(xing)金屬(shu)(shu)(shu)顆粒的燒結或(huo)體積沉(chen)(chen)淀。當這種(zhong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)材(cai)料使用鋯鋯時(shi)(IV)金屬(shu)(shu)(shu)絡合(he)物(wu)(wu)浸(jin)漬時(shi)，吸(xi)附能(neng)力提高了3-5倍 。提高氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)吸(xi)附能(neng)力的關鍵因素是(shi)(shi)控制(zhi)(zhi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面積和負載金屬(shu)(shu)(shu)相(xiang)的尺寸(cun)分布。還能(neng)抑(yi)制(zhi)(zhi)這些活(huo)(huo)性(xing)(xing)金屬(shu)(shu)(shu)顆粒的燒結或(huo)體積沉(chen)(chen)淀。

　　一些(xie)研究已經集中(zhong)在(zai)(zai)裝載鋯上(IV)金(jin)屬鹽溶(rong)液通過浸漬或沉(chen)淀轉化為(wei)幾種吸附劑。雖然這種合(he)(he)成操作(zuo)(zuo)很(hen)簡單，但(dan)由于(yu)pH，離(li)(li)子(zi)強度(du)(du)存(cun)在(zai)(zai)或已知會(hui)影響離(li)(li)子(zi)強度(du)(du)Zr(IV)顆粒(li)的(de)(de)(de)(de)聚集和重組的(de)(de)(de)(de)其(qi)他(ta)因素的(de)(de)(de)(de)影響，難(nan)以理解和優(you)化。在(zai)(zai)許多情況下，由于(yu)平(ping)均尺寸范圍為(wei)納(na)米(mi)(mi)至微米(mi)(mi)，吸附劑的(de)(de)(de)(de)特定面積為(wei)Zr在(zai)(zai)常規合(he)(he)成中(zhong)，顆粒(li)孔堵(du)塞并下降(jiang)，不(bu)受(shou)控制(zhi)。我們認為(wei)，在(zai)(zai)合(he)(he)成過程中(zhong)結合(he)(he)粒(li)子(zi)表面或核(he)的(de)(de)(de)(de)絡合(he)(he)（或螯(ao)合(he)(he)）配體，有助于(yu)控制(zhi)分散(san)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)生長(chang)和*終粒(li)度(du)(du)分布。有機酸已被證明處于(yu)成核(he)和聚合(he)(he)階段。該方法尚未系(xi)統(tong)(tong)地(di)用(yong)于(yu)包(bao)含(han)Zr納(na)米(mi)(mi)顆粒(li)負載在(zai)(zai)活性炭等碳表面，因此采用(yong)高(gao)(gao)機械(xie)強度(du)(du)、優(you)良(liang)的(de)(de)(de)(de)流通系(xi)統(tong)(tong)滲透性和高(gao)(gao)活性炭表面，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)脫氟(fu)過程。本研究的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是利(li)用(yong)草酸作(zuo)(zuo)為(wei)浸漬過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)復合(he)(he)配體來(lai)控制(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆粒(li)粒(li)徑，提出可(ke)能(neng)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)吸附機制(zhi)，提高(gao)(gao)顆粒(li)活性炭的(de)(de)(de)(de)氟(fu)吸附能(neng)力。

　　鋯改性用(yong)于活(huo)性炭

　　根據考慮了Zr(IV)/有機封端劑(ji)(Zr / OA)在(zai)(zai)實(shi)驗(yan)設計中，采用鋯(gao)浸漬(zi)活(huo)性炭，以(yi)確定具有*高氟吸附能(neng)力的吸附劑(ji)。添加(jia)活(huo)性炭Zr 2  ?15 %的ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)(rong)液中。然(ran)后(hou)，將浸漬(zi)活(huo)性炭和(he)10mL的0.01-12.將2%的草(cao)酸(suan)溶(rong)(rong)液混(hun)合1天，然(ran)后(hou)過(guo)濾、漂洗和(he)60%℃干燥12小(xiao)時。由此(ci)產生(sheng)的浸漬(zi)活(huo)性炭稱(cheng)為ZrOx-AC。將F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)(zai)溶(rong)(rong)液中，獲得(de)的材料是鋯(gao)改性活(huo)性炭。所有浸漬(zi)過(guo)程均為25℃進行。

　　活性炭吸(xi)附(fu)氟化(hua)物機理

　　這里使(shi)用的(de)多種光(guang)譜技術與(yu)電位滴定(ding)(ding)提(ti)供了關于(yu)Zr-活性炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟化物吸(xi)附過程中有(you)價值的(de)信息。光(guang)譜分析(xi)確定(ding)(ding)了商業活性炭(F400)參與(yu)氟化物吸(xi)收(shou)Zr(IV)主(zhu)要的(de)離子錨定(ding)(ding)官能團。此外(wai)，這些分析(xi)有(you)助于(yu)確定(ding)(ding)碳表面氟氧化鋯的(de)類型。

　　因此，根據本研究中的(de)所有證據，可以假(jia)設氟吸附機制（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通過(guo)靜(jing)電相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)形成形成CO-Zr鍵。考慮到(dao)鋯(IV)能形成四面體和(he)八面體的(de)聚合物結構。因此，可以提(ti)出活性炭表面氧官能度的(de)**相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)，見圖(tu)。

　　簡而言之(zhi)，表(biao)(biao)(biao)示活性(xing)炭(tan)Zr在混合過(guo)程中加入草酸可以使氟吸(xi)附簡單Zr摻(chan)雜的(de)AC下以1.05的(de)*佳Zr / OA比提(ti)高3倍。我們的(de)工作(zuo)(zuo)表(biao)(biao)(biao)明，增(zeng)強(qiang)機制(zhi)涉及Zr離子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)OA它控制(zhi)成(cheng)核，限制(zhi)在常規方法(fa)中Zr分散的(de)ZrO 二顆粒(li)的(de)生長(chang)。鋯活性(xing)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)積增(zeng)加，與活性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)位(wei)點有(you)關OA分子(zi)(zi)(zi)(zi)復合物的(de)形式(shi)留(liu)下了一些高活性(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交換在草酸鹽的(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)位(wei)置Zr = O氟離子(zi)(zi)(zi)(zi)與鋯離子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)正電(dian)荷相(xiang)互作(zuo)(zuo)用。