活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯浸漬或沉淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)(xi)附(fu)通常在(zai)改(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)時得(de)到改(gai)(gai)善。這(zhe)些雜化吸(xi)(xi)附(fu)劑可以通過(guo)控制浸漬條(tiao)(tiao)件(jian)來改(gai)(gai)善，這(zhe)已經確定Zr組裝和(he)分(fen)(fen)(fen)散(san)在(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)這(zhe)里(li)使用(yong)Zr(IV)與(yu)草酸(suan)(OA)共(gong)同(tong)改(gai)(gai)性(xing)(xing)，使鋯分(fen)(fen)(fen)散(san)體*大化，增強(qiang)氟(fu)(fu)化物吸(xi)(xi)附(fu)。吸(xi)(xi)附(fu)實驗(yan)在(zai)pH7和(he)25℃氟(fu)(fu)濃度為(wei)40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)經過(guo)OA / Zr氟(fu)(fu)化物吸(xi)(xi)附(fu)的(de)(de)*佳條(tiao)(tiao)件(jian)是改(gai)(gai)性(xing)(xing)。電位滴定顯(xian)示(shi)，改(gai)(gai)性(xing)(xing)后的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(鋯改(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan))在(zai)pH正電荷低于7，分(fen)(fen)(fen)析表明鋯離子主(zhu)要與(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面的(de)(de)羧基(ji)相(xiang)互作用(yong)。

　　此(ci)外，氟化(hua)物(wu)可以存(cun)在于飲用(yong)水(shui)(shui)中，約0.7毫克L -1的水(shui)(shui)平被認為是(shi)有益的，但如果超過1.5毫克L -1則有害。飲用(yong)水(shui)(shui)或地(di)下水(shui)(shui)(飲用(yong)水(shui)(shui)的主要來源之一)攝入高氟化(hua)物(wu)濃(nong)度(du)會(hui)造成危害，嚴(yan)重(zhong)時會(hui)導致氟中毒(牙(ya)齒和骨骼異常(chang))或神經損傷。氟化(hua)物(wu)濃(nong)度(du)，*多(duo)30毫克的L -世界上許(xu)多(duo)地(di)區都能找到地(di)下水(shui)(shui)，而且(qie)它至少存(cun)在于25個國(guo)家。

　　許多(duo)研(yan)究集中在從水溶液中去除氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)工(gong)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)劑，包括氧化(hua)鋁、粘土(tu)、礦(kuang)物(wu)質(zhi)和(he)(he)(he)植物(wu)、活(huo)性炭(tan)和(he)(he)(he)納米管 ，稀有氧化(hua)物(wu)、聚合(he)物(wu)和(he)(he)(he)樹(shu)脂。還(huan)知道，一些金(jin)屬(shu)(shu)氧化(hua)物(wu)，如(ru)鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或鈦，可以顯著增(zeng)加氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)能(neng)力(li)。活(huo)性炭(tan)具有天然（未改性）的(de)(de)(de)(de)巨大表(biao)面(mian)積(ji)，是(shi)水中氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)優(you)良吸附(fu)劑，但能(neng)提(ti)供穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)支持，實現強氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸附(fu)劑金(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)分散，抑(yi)制這(zhe)些活(huo)性金(jin)屬(shu)(shu)顆粒的(de)(de)(de)(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀(dian)。當這(zhe)種活(huo)性炭(tan)材料使用鋯(gao)鋯(gao)時(shi)(IV)金(jin)屬(shu)(shu)絡合(he)物(wu)浸(jin)漬時(shi)，吸附(fu)能(neng)力(li)提(ti)高(gao)(gao)了(le)3-5倍 。提(ti)高(gao)(gao)氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸附(fu)能(neng)力(li)的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵因素是(shi)控(kong)制活(huo)性炭(tan)表(biao)面(mian)積(ji)和(he)(he)(he)負載金(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)分布。還(huan)能(neng)抑(yi)制這(zhe)些活(huo)性金(jin)屬(shu)(shu)顆粒的(de)(de)(de)(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀(dian)。

　　一些研究已經(jing)集中(zhong)在(zai)(zai)裝載(zai)鋯(gao)上(IV)金屬(shu)鹽(yan)溶液通過(guo)浸漬或(huo)(huo)沉淀轉化為(wei)(wei)幾(ji)種吸附(fu)劑(ji)。雖然這種合(he)(he)成操作(zuo)(zuo)很(hen)簡單，但由于(yu)pH，離子強(qiang)度(du)存在(zai)(zai)或(huo)(huo)已知會影響(xiang)離子強(qiang)度(du)Zr(IV)顆(ke)(ke)粒的(de)(de)(de)聚集和(he)重組的(de)(de)(de)其(qi)他因素的(de)(de)(de)影響(xiang)，難以(yi)理解和(he)優化。在(zai)(zai)許多情(qing)況下，由于(yu)平均尺(chi)寸范圍為(wei)(wei)納米(mi)至微米(mi)，吸附(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)特定面(mian)積(ji)為(wei)(wei)Zr在(zai)(zai)常(chang)規(gui)合(he)(he)成中(zhong)，顆(ke)(ke)粒孔堵塞并(bing)下降，不受控(kong)制(zhi)(zhi)。我們認為(wei)(wei)，在(zai)(zai)合(he)(he)成過(guo)程中(zhong)結合(he)(he)粒子表面(mian)或(huo)(huo)核的(de)(de)(de)絡合(he)(he)（或(huo)(huo)螯合(he)(he)）配體，有(you)(you)助于(yu)控(kong)制(zhi)(zhi)分散金屬(shu)的(de)(de)(de)生(sheng)長和(he)*終粒度(du)分布(bu)。有(you)(you)機酸已被證明處于(yu)成核和(he)聚合(he)(he)階段(duan)。該方(fang)法尚未系(xi)(xi)統地用(yong)于(yu)包(bao)含Zr納米(mi)顆(ke)(ke)粒負載(zai)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭等碳表面(mian)，因此采用(yong)高(gao)機械強(qiang)度(du)、優良的(de)(de)(de)流(liu)通系(xi)(xi)統滲透性(xing)和(he)高(gao)活(huo)性(xing)炭表面(mian)，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)脫氟過(guo)程。本研究的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是利用(yong)草酸作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)浸漬過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)復合(he)(he)配體來控(kong)制(zhi)(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)粒粒徑，提出可(ke)能的(de)(de)(de)氟吸附(fu)機制(zhi)(zhi)，提高(gao)顆(ke)(ke)粒活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)氟吸附(fu)能力。

　　鋯改(gai)性用于活性炭

　　根據考慮了Zr(IV)/有機封端(duan)劑(ji)(Zr / OA)在(zai)(zai)實驗(yan)設計中(zhong)(zhong)，采用(yong)鋯浸(jin)漬(zi)活性(xing)炭(tan)，以確定具有*高氟吸(xi)附能力的吸(xi)附劑(ji)。添加活性(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液中(zhong)(zhong)。然后，將(jiang)(jiang)浸(jin)漬(zi)活性(xing)炭(tan)和10mL的0.01-12.將(jiang)(jiang)2%的草酸(suan)溶液混合1天，然后過濾、漂洗和60%℃干燥12小時。由(you)此產生的浸(jin)漬(zi)活性(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將(jiang)(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)(zai)溶液中(zhong)(zhong)，獲得的材料是鋯改性(xing)活性(xing)炭(tan)。所有浸(jin)漬(zi)過程均為25℃進行。

　　活(huo)性炭吸附氟(fu)化物機理

　　這(zhe)里使用的(de)多(duo)種(zhong)光譜技(ji)術與電位滴定(ding)提供了關(guan)于(yu)Zr-活(huo)性炭(tan)浸漬草酸(ZrOx-AC)氟(fu)化(hua)物(wu)吸附過程(cheng)中(zhong)有(you)價值的(de)信息。光譜分析(xi)確定(ding)了商(shang)業活(huo)性炭(tan)(F400)參與氟(fu)化(hua)物(wu)吸收Zr(IV)主要的(de)離(li)子錨定(ding)官能團。此外(wai)，這(zhe)些分析(xi)有(you)助于(yu)確定(ding)碳表(biao)面氟(fu)氧化(hua)鋯的(de)類(lei)型(xing)。

　　因(yin)此(ci)，根(gen)據本研究中的(de)所有證據，可(ke)以假設氟吸附(fu)機制（上(shang)圖）。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通過靜電相(xiang)互作用形(xing)(xing)成形(xing)(xing)成CO-Zr鍵。考慮(lv)到鋯(IV)能形(xing)(xing)成四面(mian)體和八面(mian)體的(de)聚合(he)物結構。因(yin)此(ci)，可(ke)以提出活性炭表面(mian)氧(yang)官(guan)能度(du)的(de)**相(xiang)互作用，見圖。

　　簡(jian)而言之，表示活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)Zr在混合(he)過(guo)程中加(jia)入草(cao)酸可以(yi)使氟吸(xi)附簡(jian)單Zr摻雜(za)的AC下以(yi)1.05的*佳Zr / OA比提高(gao)3倍(bei)。我們的工作(zuo)表明(ming)，增(zeng)強機制涉及Zr離子(zi)的OA它控(kong)制成核，限制在常規方法中Zr分(fen)(fen)散(san)的ZrO 二(er)顆粒的生長。鋯(gao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)表面積增(zeng)加(jia)，與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面位點(dian)有(you)關(guan)OA分(fen)(fen)子(zi)復(fu)合(he)物的形式留下了(le)一(yi)些高(gao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交換在草(cao)酸鹽(yan)的表面位置Zr = O氟離子(zi)與鋯(gao)離子(zi)的正(zheng)電荷相互作(zuo)用。