活性炭去除氟化物

　　用(yong)(yong)鋯(gao)浸(jin)漬或沉淀(dian)(IV)氟吸(xi)(xi)(xi)附通常在改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)時(shi)得(de)到改(gai)(gai)(gai)善。這些雜化吸(xi)(xi)(xi)附劑(ji)可以通過(guo)控制浸(jin)漬條(tiao)(tiao)件來改(gai)(gai)(gai)善，這已(yi)經確(que)定(ding)(ding)Zr組裝(zhuang)和分散(san)在活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)。活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在這里使用(yong)(yong)Zr(IV)與草酸(suan)(OA)共同(tong)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，使鋯(gao)分散(san)體*大(da)化，增強氟化物吸(xi)(xi)(xi)附。吸(xi)(xi)(xi)附實驗(yan)在pH7和25℃氟濃度為40 mg L -1。活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)經過(guo)OA / Zr氟化物吸(xi)(xi)(xi)附的*佳條(tiao)(tiao)件是改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。電(dian)位滴定(ding)(ding)顯示，改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)后的活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(鋯(gao)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan))在pH正電(dian)荷(he)低于7，分析表明鋯(gao)離子主要與活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)的羧基(ji)相互作用(yong)(yong)。

　　此外，氟化物可以存(cun)在于飲用(yong)水(shui)中(zhong)，約0.7毫(hao)(hao)克(ke)L -1的(de)(de)水(shui)平被認(ren)為是有(you)益的(de)(de)，但如果(guo)超過(guo)1.5毫(hao)(hao)克(ke)L -1則有(you)害。飲用(yong)水(shui)或(huo)地下水(shui)(飲用(yong)水(shui)的(de)(de)主要來(lai)源之一)攝入高(gao)氟化物濃度會(hui)造(zao)成危害，嚴(yan)重時(shi)會(hui)導致氟中(zhong)毒(牙齒和骨骼異常)或(huo)神經損傷(shang)。氟化物濃度，*多(duo)30毫(hao)(hao)克(ke)的(de)(de)L -世界上許多(duo)地區都能找到(dao)地下水(shui)，而且它至(zhi)少存(cun)在于25個國家。

　　許(xu)多(duo)研究集中(zhong)在從水溶(rong)液(ye)中(zhong)去除氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)工(gong)程(cheng)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)劑，包括(kuo)氧化(hua)(hua)鋁、粘(zhan)土、礦(kuang)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)和(he)植物(wu)(wu)(wu)、活性(xing)(xing)(xing)炭和(he)納米管 ，稀(xi)有氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚(ju)合物(wu)(wu)(wu)和(he)樹脂。還知道(dao)，一(yi)些金(jin)屬(shu)氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，如(ru)鐵(tie)、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或鈦，可以顯著增加氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)能力。活性(xing)(xing)(xing)炭具有天然（未(wei)改性(xing)(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表面積(ji)，是(shi)水中(zhong)氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)優良吸(xi)附(fu)劑，但(dan)能提(ti)供穩定(ding)的(de)(de)(de)支持(chi)，實現強氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)劑金(jin)屬(shu)相的(de)(de)(de)高分(fen)散，抑(yi)(yi)制這(zhe)些活性(xing)(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒(li)的(de)(de)(de)燒(shao)結或體積(ji)沉淀。當這(zhe)種活性(xing)(xing)(xing)炭材料使(shi)用鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金(jin)屬(shu)絡合物(wu)(wu)(wu)浸漬時，吸(xi)附(fu)能力提(ti)高了3-5倍(bei) 。提(ti)高氟(fu)(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)能力的(de)(de)(de)關(guan)鍵因素是(shi)控制活性(xing)(xing)(xing)炭表面積(ji)和(he)負載金(jin)屬(shu)相的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)分(fen)布。還能抑(yi)(yi)制這(zhe)些活性(xing)(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒(li)的(de)(de)(de)燒(shao)結或體積(ji)沉淀。

　　一(yi)些研究已(yi)經集中(zhong)(zhong)(zhong)在(zai)裝(zhuang)載鋯(gao)上(IV)金屬鹽溶液通(tong)過(guo)浸(jin)(jin)漬(zi)或(huo)沉(chen)淀轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)幾種(zhong)吸附(fu)(fu)劑。雖然這種(zhong)合(he)成(cheng)操作(zuo)很簡單，但由于(yu)pH，離子(zi)強度(du)存在(zai)或(huo)已(yi)知(zhi)會影響離子(zi)強度(du)Zr(IV)顆粒的(de)聚集和(he)重組的(de)其他(ta)因素的(de)影響，難以理(li)解和(he)優(you)化(hua)(hua)。在(zai)許(xu)多(duo)情況下(xia)，由于(yu)平均尺寸范圍為(wei)納米至(zhi)微米，吸附(fu)(fu)劑的(de)特定面積為(wei)Zr在(zai)常規合(he)成(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，顆粒孔堵(du)塞并(bing)下(xia)降，不受(shou)控(kong)制(zhi)。我們認為(wei)，在(zai)合(he)成(cheng)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)結合(he)粒子(zi)表面或(huo)核的(de)絡合(he)（或(huo)螯合(he)）配(pei)體(ti)，有助于(yu)控(kong)制(zhi)分散金屬的(de)生長(chang)和(he)*終粒度(du)分布。有機(ji)(ji)(ji)酸(suan)已(yi)被證明處于(yu)成(cheng)核和(he)聚合(he)階段。該方(fang)法(fa)尚(shang)未系統(tong)(tong)地用(yong)(yong)(yong)于(yu)包含Zr納米顆粒負載在(zai)活性炭(tan)等(deng)碳(tan)表面，因此采用(yong)(yong)(yong)高(gao)(gao)機(ji)(ji)(ji)械強度(du)、優(you)良(liang)的(de)流(liu)通(tong)系統(tong)(tong)滲透(tou)性和(he)高(gao)(gao)活性炭(tan)表面，用(yong)(yong)(yong)于(yu)飲(yin)用(yong)(yong)(yong)水(shui)系統(tong)(tong)的(de)脫氟(fu)過(guo)程(cheng)(cheng)。本研究的(de)目的(de)是利用(yong)(yong)(yong)草酸(suan)作(zuo)為(wei)浸(jin)(jin)漬(zi)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)復合(he)配(pei)體(ti)來控(kong)制(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆粒粒徑，提出(chu)可能(neng)的(de)氟(fu)吸附(fu)(fu)機(ji)(ji)(ji)制(zhi)，提高(gao)(gao)顆粒活性炭(tan)的(de)氟(fu)吸附(fu)(fu)能(neng)力。

　　鋯改性用于活性炭

　　根(gen)據考慮了(le)Zr(IV)/有機(ji)封端劑(ji)(Zr / OA)在(zai)實驗設計中，采用鋯浸漬活(huo)性炭(tan)，以確定具有*高(gao)氟吸附(fu)能力的(de)(de)(de)吸附(fu)劑(ji)。添加活(huo)性炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液(ye)(ye)中。然后，將浸漬活(huo)性炭(tan)和10mL的(de)(de)(de)0.01-12.將2%的(de)(de)(de)草酸溶液(ye)(ye)混合1天，然后過(guo)濾、漂(piao)洗(xi)和60%℃干燥12小(xiao)時。由此產生(sheng)的(de)(de)(de)浸漬活(huo)性炭(tan)稱為(wei)ZrOx-AC。將F400加入(ru)到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)溶液(ye)(ye)中，獲得的(de)(de)(de)材料是鋯改(gai)性活(huo)性炭(tan)。所(suo)有浸漬過(guo)程均為(wei)25℃進(jin)行(xing)。

　　活性炭吸(xi)附氟化物機理(li)

　　這(zhe)里使(shi)用的多種(zhong)光譜技術與電位滴定提供了關于(yu)Zr-活性(xing)炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟(fu)化物吸(xi)附過程中有價(jia)值的信息。光譜分析(xi)確定了商業活性(xing)炭(F400)參與氟(fu)化物吸(xi)收Zr(IV)主要的離子錨定官(guan)能團。此(ci)外，這(zhe)些分析(xi)有助于(yu)確定碳表面(mian)氟(fu)氧化鋯的類型(xing)。

　　因此，根據本(ben)研(yan)究(jiu)中的(de)所有證(zheng)據，可以(yi)假設氟吸(xi)附機制（上圖）。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通過靜電相互作(zuo)(zuo)用形成形成CO-Zr鍵。考(kao)慮(lv)到鋯(IV)能形成四面體(ti)和(he)八(ba)面體(ti)的(de)聚合物結構。因此，可以(yi)提(ti)出活性炭表面氧官能度的(de)**相互作(zuo)(zuo)用，見(jian)圖。

　　簡而言之，表(biao)示活性炭Zr在混合過程中加(jia)入草(cao)酸可以使氟吸附簡單Zr摻雜(za)的AC下(xia)以1.05的*佳Zr / OA比提高3倍。我們的工作表(biao)明，增(zeng)強機制涉及Zr離子(zi)的OA它控制成(cheng)核，限制在常規方法中Zr分散的ZrO 二顆粒的生長(chang)。鋯活性表(biao)面(mian)積(ji)增(zeng)加(jia)，與(yu)活性炭表(biao)面(mian)位(wei)(wei)點有關OA分子(zi)復合物(wu)的形式留下(xia)了一(yi)些高活性Zr。*后，從Zr-羥基交(jiao)換在草(cao)酸鹽的表(biao)面(mian)位(wei)(wei)置Zr = O氟離子(zi)與(yu)鋯離子(zi)的正電(dian)荷(he)相互作用。