活性炭去除污水中(zhong)的亞硝酸鹽(yan)

　　活(huo)性炭去除(chu)廢水中的(de)(de)(de)硝酸(suan)根(gen)和(he)(he)亞(ya)硝酸(suan)根(gen)陰(yin)離子，氮(N)是(shi)所有生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)基(ji)本要(yao)素。氮以不同的(de)(de)(de)氧(yang)化態存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)(he)NH 4  ( - 3)。其中，NO 3 -，NO 2 -和(he)(he)NH 4  ( - 3)更(geng)受關注，因(yin)為(wei)它們易溶于水，對人體健康有毒。農業施肥等非點源硝酸(suan)鹽(yan)污染(ran)地(di)(di)下水和(he)(he)地(di)(di)表水已成(cheng)為(wei)工業和(he)(he)發展(zhan)中國家日益(yi)嚴重的(de)(de)(de)環(huan)境問題。硝酸(suan)鹽(yan)污染(ran)是(shi)由(you)于硝酸(suan)鹽(yan)肥料的(de)(de)(de)廣泛(fan)使用和(he)(he)人類和(he)(he)動物(wu)廢物(wu)處(chu)理不善或未經處(chu)理而發生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)。硝酸(suan)鹽(yan)是(shi)許(xu)多工業過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)副產品，包括生(sheng)(sheng)產造紙、硝基(ji)有機化合物(wu)和(he)(he)藥物(wu)化合物(wu)。亞(ya)硝胺致癌的(de)(de)(de)前(qian)兆是(shi)地(di)(di)下水硝酸(suan)鹽(yan)濃(nong)度的(de)(de)(de)增加。由(you)于這些(xie)原因(yin)，歐盟限制了(le)飲用水中硝酸(suan)鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)濃(nong)度。

　　亞硝(xiao)酸(suan)鹽和(he)硝(xiao)酸(suan)鹽也(ye)是(shi)(shi)存(cun)在于更多放射性廢物中(zhong)的非放射性廢物； 硝(xiao)酸(suan)在核武器和(he)核燃料的生產(chan)過(guo)程中(zhong)被用來處(chu)理(li)極其有毒的放射性元素(su)，如鈾和(he)鍶。然而，如果硝(xiao)酸(suan)鹽濃度較(jiao)高，可能會影(ying)響穩定(ding)水(shui)泥基體的形成，使各種金(jin)屬(shu)加工廢料難以長期處(chu)理(li)。因此，從(cong)健康和(he)環境的角度來看，去除硝(xiao)酸(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)酸(suan)鹽是(shi)(shi)非常重要的。

　　傳(chuan)統的(de)去除(chu)硝(xiao)酸(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)酸(suan)鹽陰離子(zi)的(de)方(fang)法包括反滲(shen)透、離子(zi)交換、組合膜生物反應器/粉末活性炭吸附(fu)(fu)、生物膜電(dian)極(ji)反應器(BER)和(he)BER /吸附(fu)(fu)過(guo)程。這些方(fang)法大多有一些缺(que)點，如高(gao)資本、高(gao)運營(ying)成本或污泥處置(zhi)。

　　未氧化氧化活性炭DFT孔徑分(fen)布。

　　*近(jin)，從廢水中去除(chu)硝(xiao)酸鹽(yan)和亞硝(xiao)酸鹽(yan)的陰離子(zi)，檢查了許多低(di)成(cheng)本的替(ti)代(dai)吸附(fu)劑。

　　目(mu)前的工(gong)作是(shi)提高活(huo)性炭(tan)(tan)去(qu)除廢水中(zhong)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽和亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽離(li)子(zi)的能力。為實現這一目(mu)標(biao)，進行了以(yi)下研究：(a)制備和表征活(huo)性炭(tan)(tan)，(b)在(zai)(zai)活(huo)性炭(tan)(tan)樣品中(zhong)建(jian)立硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽和亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)根離(li)子(zi)*大吸附條件，(c)在(zai)(zai)活(huo)性炭(tan)(tan)上(shang)評估硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽和亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽離(li)子(zi)的動力學(xue)和熱力學(xue)參數。

　　活性炭吸(xi)附研究：樣(yang)品選擇：干燥活性炭的(de)(de)(de)(de)固定(ding)非氧化和(he)氧化（0.1g)和(he)初始濃度(du)Co = 25mgL -1的(de)(de)(de)(de)原液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)25mL等(deng)分試(shi)樣(yang)振蕩24小時(shi)(shi)。過濾(lv)各種混合物(wu)，確定(ding)溶液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘留物(wu)、硝酸(suan)(suan)鹽和(he)亞硝酸(suan)(suan)鹽含量，以了解平衡時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)影響。通(tong)過稀(xi)釋(shi)NaOH或HCl溶液(ye)(ye)pH從2調整到11。在確定(ding)平衡時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)批量實驗(yan)中(zhong)，我們(men)使(shi)用20mL的(de)(de)(de)(de)pH調節溶液(ye)(ye)和(he)30mg吸(xi)附劑。pH該值提供(gong)了*大(da)的(de)(de)(de)(de)陰離子(zi)(zi)去除率。取(qu)50毫克(ke)L的(de)(de)(de)(de)硝酸(suan)(suan)鹽水溶液(ye)(ye)20ml的(de)(de)(de)(de)進(jin)行-1 NO 3 ˉ不同量的(de)(de)(de)(de)和(he)碳劑量為200毫克(ke)Ca(HCO存在3)20-400毫克(ke)L-1。25振蕩時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用℃，45℃和(he)55℃24小時(shi)(shi)進(jin)行。使(shi)用離子(zi)(zi)色譜柱：6.1006.超濾(lv)液(ye)(ye)：2000陰離子(zi)(zi)柱.5 mmolL-一對苯二(er)甲(jia)酸(suan)(suan)，7%乙腈，pH = 4.電導檢(jian)測(ce)器測(ce)定(ding)陰離子(zi)(zi)濃度(du)。

　　動力學研究

　　動力學試驗(yan)研究了(le)活性(xing)(xing)炭(tan)對(dui)陰離(li)子吸附效率(lv)的(de)影響(NO2-和(he)(he)NO3-氧化活性(xing)(xing)炭(tan)樣品的(de)吸附效果，50毫克活性(xing)(xing)炭(tan)和(he)(he)20毫升硝酸(suan)(suan)鹽的(de)初始濃(nong)度(du)為50毫升 mg·L - 1.亞(ya)硝酸(suan)(suan)鹽濃(nong)度(du)為5 mg·L -1的(de)時(shi)間為不(bu)同的(de)時(shi)間段，即硝酸(suan)(suan)鹽和(he)(he)亞(ya)硝酸(suan)(suan)鹽在各種水(shui)(shui)產養殖和(he)(he)工業廢(fei)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)濃(nong)度(du)水(shui)(shui)平]通過濾紙過濾懸(xuan)浮液，分析殘余陰離(li)子濃(nong)度(du)。

　　活性炭表征

　　根據(ju)所(suo)有元素的(de)百分(fen)(fen)比含量與氧殘留(liu)量之間(jian)的(de)差異，的(de)方法是從元素分(fen)(fen)析(xi)中報(bao)告(gao)氧含量值。

　　活性炭表征

　　從(cong)(cong)元素分(fen)析中報告氧(yang)含(han)量(liang)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)常用方法是基(ji)于所(suo)有元素的(de)(de)(de)(de)百分(fen)比含(han)量(liang)與氧(yang)殘留量(liang)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)差異。活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)含(han)量(liang)顯著增(zeng)加（從(cong)(cong)0開(kai)始.92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中研究了活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)DFT孔(kong)(kong)徑(jing)分(fen)布。給(gei)出了表(biao)面積(ji)(ji)和(he)孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果。顯示(shi)了活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)性質。 　　活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)(ji)和(he)表(biao)面積(ji)(ji)增(zeng)加，孔(kong)(kong)徑(jing)分(fen)布沒有明顯變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。與未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)樣品相比，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面積(ji)(ji)和(he)孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)(ji)分(fen)別增(zeng)加了約43%和(he)35%。氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)樣品*大(da)1nm 的(de)(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)和(he)2-4nm的(de)(de)(de)(de)中孔(kong)(kong)。數據還顯示(shi)，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)后毛孔(kong)(kong)變(bian)寬。微區增(zeng)強，介孔(kong)(kong)范圍(wei)(2-4nm)稍微降(jiang)低。這可能是因為從(cong)(cong)容納(na)一個吸附層的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)寬到兩個，兩個層分(fen)別轉換為三個。                                                                                                                                                                         吸附材料的(de)(de)(de)(de)表(biao)面積(ji)(ji)和(he)孔(kong)(kong)體(ti)積(ji)(ji)。1:未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)樣品.二、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)樣品.1:未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)樣品.二、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)樣品.?DFT：分(fen)布孔(kong)(kong)徑(jing)；BET：微孔(kong)(kong)材料的(de)(de)(de)(de)表(biao)面積(ji)(ji)表(biao)征

　　兩種(zhong)(zhong)吸附劑(ji)的(de)(de)(de)分形(xing)維(wei)數(shu)(shu)(D)由Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計(ji)算。在(zai)650℃活性(xing)(xing)炭(tan)樣品具(ju)有(you)活性(xing)(xing)炭(tan)D = 2.1.分數(shu)(shu)維(wei)數(shu)(shu)。這(zhe)表(biao)(biao)明表(biao)(biao)面(mian)非常(chang)粗糙或不規則。在(zai)用Na 2 CO 3表(biao)(biao)面(mian)改(gai)性(xing)(xing)時，分形(xing)維(wei)數(shu)(shu)減少(D = 2.2)。 　　這(zhe)表(biao)(biao)明改(gai)性(xing)(xing)碳(tan)的(de)(de)(de)結(jie)構隨著(zhu)小晶(jing)粒和(he)(he)交(jiao)聯結(jie)構的(de)(de)(de)分解變(bian)得更加有(you)序。對于這(zhe)類試劑(ji)，混合碳(tan)的(de)(de)(de)反應性(xing)(xing)大于微晶(jing)碳(tan)； 因(yin)此，交(jiao)聯碳(tan)主(zhu)要被(bei)消耗掉。交(jiao)聯分解導(dao)致堵塞孔的(de)(de)(de)釋放，從而減少增加的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)和(he)(he)孔體積(ji)。 　　硬(ying)度(du)對活性(xing)(xing)炭(tan)去(qu)除硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)影響 　　共存(cun)(cun)離(li)子(zi)是(shi)(shi)碳(tan)酸(suan)氫鈣，通(tong)常(chang)在(zai)地(di)下(xia)水(shui)中發現，并產生暫(zan)時的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)。圖(tu)2證明了這(zhe)一點。在(zai)Ca(HCO 3)2在(zai)存(cun)(cun)在(zai)下(xia)，硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)去(qu)除率明顯降低。這(zhe)些(xie)(xie)(xie)物質的(de)(de)(de)抑(yi)制作用可(ke)以歸因(yin)于NO 3 -和(he)(he)HCO 3 -相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)離(li)子(zi)結(jie)構。它們(men)都(dou)(dou)(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)，而且都(dou)(dou)(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)N-O和(he)(he)C-O鍵之(zhi)間的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)相(xiang)(xiang)同(tong)，等于120℃。可(ke)以合理地(di)認為，HCO 3個 ˉ陰離(li)子(zi)的(de)(de)(de)競爭性(xing)(xing)吸附到相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)位點RS的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)上。  圖(tu)2：使用1：活性(xing)(xing)炭(tan)硬(ying)度(du)對去(qu)除硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)影響。 　　這(zhe)些(xie)(xie)(xie)結(jie)果表(biao)(biao)明，由KMnO 改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)比(bi)這(zhe)些(xie)(xie)(xie)吸附劑(ji)中的(de)(de)(de)任何一種(zhong)(zhong)都(dou)(dou)(dou)好得多或更好。這(zhe)可(ke)能(neng)與吸附機(ji)制有(you)關，包括(kuo)離(li)子(zi)交(jiao)換和(he)(he)絡合。

　　事實上(shang)，開發低成本吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)是減少各種化學工藝(yi)產生的(de)大量廢(fei)物和(he)(he)(he)有(you)毒廢(fei)水的(de)主要目標之(zhi)一。從(cong)這(zhe)個(ge)意義上(shang)說，高錳酸(suan)鉀(jia)改(gai)性活(huo)性炭對(dui)水溶液中的(de)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)和(he)(he)(he)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)有(you)很好的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力。在這(zhe)個(ge)問(wen)題上(shang)，研究了影響單組分體系(xi)中硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)和(he)(he)(he)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)離(li)(li)子(zi)去除(chu)的(de)因(yin)素：溫度(du)(du)，pH值、吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)濃度(du)(du)和(he)(he)(he)活(huo)性炭劑(ji)量。在二元體系(xi)(NO 3和(he)(he)(he)HCO 3)硬度(du)(du)對(dui)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)去除(chu)的(de)抑(yi)(yi)制(zhi)作用是指(zhi)NO 3和(he)(he)(he)HCO 在同一結構離(li)(li)子(zi)和(he)(he)(he)系(xi)統中(NO 3和(he)(he)(he)NO 2)由(you)于競爭效應，硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)受(shou)到(dao)抑(yi)(yi)制(zhi)，亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)受(shou)到(dao)協同吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)的(de)促進(jin)。NOM當存在或不存在時，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力相似，表明硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)對(dui)碳表面的(de)親和(he)(he)(he)力強于硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)和(he)(he)(he)NOM的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)。