活性炭去(qu)除污水中的亞硝酸鹽

　　活性炭(tan)去除廢水(shui)中(zhong)的(de)硝(xiao)(xiao)酸根和(he)(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)酸根陰離子，氮(N)是所有(you)生(sheng)物(wu)的(de)基本要素。氮以不同(tong)的(de)氧化態(tai)存(cun)在(zai)，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)(he)(he)NH 4  ( - 3)。其中(zhong)，NO 3 -，NO 2 -和(he)(he)(he)NH 4  ( - 3)更受關注(zhu)，因為它們(men)易溶于水(shui)，對人體健康有(you)毒。農業(ye)施(shi)肥(fei)等非(fei)點(dian)源硝(xiao)(xiao)酸鹽污(wu)染(ran)地下(xia)水(shui)和(he)(he)(he)地表水(shui)已成為工(gong)業(ye)和(he)(he)(he)發(fa)展中(zhong)國(guo)家日益嚴重(zhong)的(de)環境問(wen)題。硝(xiao)(xiao)酸鹽污(wu)染(ran)是由(you)于硝(xiao)(xiao)酸鹽肥(fei)料的(de)廣(guang)泛使用(yong)和(he)(he)(he)人類和(he)(he)(he)動物(wu)廢物(wu)處理不善或未經處理而發(fa)生(sheng)的(de)。硝(xiao)(xiao)酸鹽是許多工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)的(de)副(fu)產(chan)品，包括生(sheng)產(chan)造紙、硝(xiao)(xiao)基有(you)機化合物(wu)和(he)(he)(he)藥物(wu)化合物(wu)。亞硝(xiao)(xiao)胺致癌的(de)前(qian)兆是地下(xia)水(shui)硝(xiao)(xiao)酸鹽濃(nong)度的(de)增加。由(you)于這些原因，歐盟限制(zhi)了飲用(yong)水(shui)中(zhong)硝(xiao)(xiao)酸鹽和(he)(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)酸鹽的(de)濃(nong)度。

　　亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽和(he)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽也是存在于更(geng)多(duo)放射性(xing)(xing)廢(fei)物中的(de)(de)(de)非放射性(xing)(xing)廢(fei)物； 硝(xiao)(xiao)(xiao)酸在核(he)武器和(he)核(he)燃(ran)料的(de)(de)(de)生產過程中被用來處理極其有毒的(de)(de)(de)放射性(xing)(xing)元素，如(ru)鈾和(he)鍶。然而，如(ru)果硝(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽濃度(du)較高，可能會影響(xiang)穩定水泥基體的(de)(de)(de)形(xing)成，使(shi)各種金屬加(jia)工廢(fei)料難以長(chang)期(qi)處理。因(yin)此，從健(jian)康和(he)環境的(de)(de)(de)角度(du)來看，去除硝(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽和(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽是非常重要的(de)(de)(de)。

　　傳統的去除硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽陰離子(zi)的方法包括反(fan)(fan)滲透、離子(zi)交換、組合(he)膜生物(wu)反(fan)(fan)應器/粉末(mo)活(huo)性炭吸附、生物(wu)膜電(dian)極反(fan)(fan)應器(BER)和BER /吸附過(guo)程(cheng)。這些(xie)方法大(da)多有一些(xie)缺點(dian)，如高(gao)資本(ben)、高(gao)運營成本(ben)或污泥處(chu)置。

　　未氧化氧化活性炭DFT孔徑分(fen)布。

　　*近，從廢水中去除硝酸鹽和(he)亞硝酸鹽的陰離子(zi)，檢(jian)查(cha)了許多低成本的替(ti)代吸附劑。

　　目(mu)前的工(gong)作是提高活(huo)性(xing)炭(tan)去除廢水(shui)中(zhong)硝酸鹽和(he)(he)亞硝酸鹽離子(zi)(zi)的能力。為實現這一目(mu)標(biao)，進(jin)行了以下研究(jiu)：(a)制(zhi)備(bei)和(he)(he)表征活(huo)性(xing)炭(tan)，(b)在活(huo)性(xing)炭(tan)樣品(pin)中(zhong)建立硝酸鹽和(he)(he)亞硝酸根離子(zi)(zi)*大吸附條件(jian)，(c)在活(huo)性(xing)炭(tan)上評(ping)估硝酸鹽和(he)(he)亞硝酸鹽離子(zi)(zi)的動力學和(he)(he)熱力學參數(shu)。

　　活性炭吸附研究(jiu)：樣品選擇：干(gan)燥活性炭的(de)(de)(de)(de)固定非氧化和(he)(he)氧化（0.1g)和(he)(he)初始濃(nong)度(du)Co = 25mgL -1的(de)(de)(de)(de)原液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)25mL等分試樣振(zhen)蕩(dang)(dang)24小時。過(guo)濾各種混(hun)合(he)物，確(que)定溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘(can)留物、硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)含量(liang)(liang)，以了解平衡時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)影響。通過(guo)稀釋NaOH或HCl溶(rong)液(ye)(ye)pH從2調整到11。在(zai)確(que)定平衡時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)批(pi)量(liang)(liang)實(shi)驗中(zhong)，我(wo)們使用(yong)20mL的(de)(de)(de)(de)pH調節溶(rong)液(ye)(ye)和(he)(he)30mg吸附劑。pH該值提供了*大的(de)(de)(de)(de)陰(yin)離子(zi)(zi)去除率。取50毫克L的(de)(de)(de)(de)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)水溶(rong)液(ye)(ye)20ml的(de)(de)(de)(de)進行-1 NO 3 ˉ不同(tong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)和(he)(he)碳(tan)劑量(liang)(liang)為200毫克Ca(HCO存在(zai)3)20-400毫克L-1。25振(zhen)蕩(dang)(dang)時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)℃，45℃和(he)(he)55℃24小時進行。使用(yong)離子(zi)(zi)色(se)譜柱(zhu)：6.1006.超(chao)濾液(ye)(ye)：2000陰(yin)離子(zi)(zi)柱(zhu).5 mmolL-一(yi)對苯二甲酸(suan)(suan)，7%乙腈，pH = 4.電導檢(jian)測器測定陰(yin)離子(zi)(zi)濃(nong)度(du)。

　　動力學研究

　　動力學試驗研究了活(huo)(huo)性炭對陰離(li)子吸附效(xiao)率的(de)影響(NO2-和(he)(he)(he)NO3-氧化活(huo)(huo)性炭樣品的(de)吸附效(xiao)果，50毫(hao)(hao)(hao)克活(huo)(huo)性炭和(he)(he)(he)20毫(hao)(hao)(hao)升硝酸(suan)鹽的(de)初始濃(nong)度為50毫(hao)(hao)(hao)升 mg·L - 1.亞硝酸(suan)鹽濃(nong)度為5 mg·L -1的(de)時間為不(bu)同的(de)時間段，即硝酸(suan)鹽和(he)(he)(he)亞硝酸(suan)鹽在各種水產養殖和(he)(he)(he)工業廢水中的(de)濃(nong)度水平(ping)]通過濾(lv)紙過濾(lv)懸浮液，分析殘余陰離(li)子濃(nong)度。

　　活性炭表征

　　根據(ju)所有元素的(de)百分(fen)比(bi)含量與氧(yang)殘留量之間的(de)差異，的(de)方法是從(cong)元素分(fen)析中(zhong)報(bao)告氧(yang)含量值。

　　活性炭表征

　　從(cong)元(yuan)素分(fen)(fen)析中報告氧(yang)含(han)量值的(de)(de)(de)常用方法是基于所有元(yuan)素的(de)(de)(de)百分(fen)(fen)比(bi)含(han)量與氧(yang)殘留量之間的(de)(de)(de)差(cha)異。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)氧(yang)含(han)量顯(xian)著增(zeng)加(jia)（從(cong)0開始.92至5.7%)。                                                                                                       　　圖(tu)中研究(jiu)了(le)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭DFT孔(kong)(kong)(kong)徑分(fen)(fen)布。給出了(le)表(biao)(biao)(biao)面積(ji)和(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)的(de)(de)(de)結(jie)果。顯(xian)示了(le)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)(kong)性(xing)(xing)(xing)(xing)質。 　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)和(he)(he)表(biao)(biao)(biao)面積(ji)增(zeng)加(jia)，孔(kong)(kong)(kong)徑分(fen)(fen)布沒(mei)有明(ming)顯(xian)變化(hua)(hua)(hua)。與未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳樣(yang)(yang)品相(xiang)比(bi)，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面積(ji)和(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)分(fen)(fen)別(bie)增(zeng)加(jia)了(le)約43%和(he)(he)35%。氧(yang)化(hua)(hua)(hua)和(he)(he)未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭樣(yang)(yang)品*大1nm 的(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)(kong)和(he)(he)2-4nm的(de)(de)(de)中孔(kong)(kong)(kong)。數據還顯(xian)示，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)毛孔(kong)(kong)(kong)變寬。微區增(zeng)強(qiang)，介(jie)孔(kong)(kong)(kong)范圍(2-4nm)稍微降(jiang)低(di)。這可能是因為(wei)從(cong)容納(na)一個(ge)(ge)吸(xi)附層(ceng)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)寬到(dao)兩(liang)個(ge)(ge)，兩(liang)個(ge)(ge)層(ceng)分(fen)(fen)別(bie)轉換為(wei)三個(ge)(ge)。                                                                                                                                                                         吸(xi)附材料的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面積(ji)和(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)體(ti)(ti)積(ji)。1:未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭樣(yang)(yang)品.二(er)、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭樣(yang)(yang)品.1:未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭樣(yang)(yang)品.二(er)、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭樣(yang)(yang)品.?DFT：分(fen)(fen)布孔(kong)(kong)(kong)徑；BET：微孔(kong)(kong)(kong)材料的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面積(ji)表(biao)(biao)(biao)征

　　兩種吸(xi)附(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)形維數(D)由(you)Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計算。在650℃活(huo)(huo)性炭(tan)樣品具有活(huo)(huo)性炭(tan)D = 2.1.分(fen)(fen)數維數。這(zhe)(zhe)表(biao)明(ming)(ming)表(biao)面(mian)非常粗糙(cao)或不規則。在用Na 2 CO 3表(biao)面(mian)改性時(shi)，分(fen)(fen)形維數減少(shao)(D = 2.2)。 　　這(zhe)(zhe)表(biao)明(ming)(ming)改性碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)結構隨著小晶(jing)粒和(he)(he)(he)交聯(lian)結構的(de)(de)(de)分(fen)(fen)解變得更加有序。對(dui)于(yu)(yu)(yu)這(zhe)(zhe)類試(shi)劑(ji)，混合(he)碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)反應性大于(yu)(yu)(yu)微(wei)晶(jing)碳(tan)(tan)； 因此，交聯(lian)碳(tan)(tan)主(zhu)要被(bei)消耗掉。交聯(lian)分(fen)(fen)解導致堵(du)塞孔(kong)的(de)(de)(de)釋放，從而(er)減少(shao)增加的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)積和(he)(he)(he)孔(kong)體積。 　　硬(ying)度對(dui)活(huo)(huo)性炭(tan)去(qu)除(chu)硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)影響 　　共(gong)存離子是碳(tan)(tan)酸(suan)氫鈣，通常在地下(xia)水(shui)中發(fa)現，并產生(sheng)暫時(shi)的(de)(de)(de)硬(ying)度。圖2證明(ming)(ming)了(le)這(zhe)(zhe)一點(dian)(dian)。在Ca(HCO 3)2在存在下(xia)，硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率明(ming)(ming)顯(xian)降低。這(zhe)(zhe)些(xie)物質(zhi)的(de)(de)(de)抑制作用可以(yi)歸因于(yu)(yu)(yu)NO 3 -和(he)(he)(he)HCO 3 -相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)離子結構。它們都(dou)是平的(de)(de)(de)，而(er)且都(dou)是平的(de)(de)(de)N-O和(he)(he)(he)C-O鍵之間的(de)(de)(de)角度相同(tong)(tong)，等于(yu)(yu)(yu)120℃。可以(yi)合(he)理地認為，HCO 3個 ˉ陰離子的(de)(de)(de)競爭性吸(xi)附(fu)到相同(tong)(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性位(wei)點(dian)(dian)RS的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)上。  圖2：使(shi)用1：活(huo)(huo)性炭(tan)硬(ying)度對(dui)去(qu)除(chu)硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)影響。 　　這(zhe)(zhe)些(xie)結果表(biao)明(ming)(ming)，由(you)KMnO 改性活(huo)(huo)性炭(tan)比這(zhe)(zhe)些(xie)吸(xi)附(fu)劑(ji)中的(de)(de)(de)任(ren)何一種都(dou)好(hao)得多或更好(hao)。這(zhe)(zhe)可能與吸(xi)附(fu)機制有關(guan)，包括離子交換和(he)(he)(he)絡合(he)。

　　事實上(shang)(shang)，開發低成(cheng)本吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)是(shi)減少(shao)各種化學工(gong)藝產生的(de)(de)大量廢(fei)物和(he)(he)有(you)毒廢(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)主(zhu)要(yao)目標之一。從這個(ge)意義(yi)上(shang)(shang)說(shuo)，高錳酸(suan)(suan)鉀(jia)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭對水(shui)(shui)溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)有(you)很好的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)能力。在(zai)(zai)這個(ge)問(wen)題上(shang)(shang)，研(yan)究了(le)影響(xiang)單(dan)組分體系(xi)中(zhong)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)離(li)子去(qu)除的(de)(de)因素(su)：溫度(du)，pH值(zhi)、吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)濃度(du)和(he)(he)活性(xing)(xing)炭劑(ji)量。在(zai)(zai)二(er)元體系(xi)(NO 3和(he)(he)HCO 3)硬(ying)度(du)對硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)去(qu)除的(de)(de)抑(yi)制(zhi)作(zuo)用(yong)是(shi)指NO 3和(he)(he)HCO 在(zai)(zai)同一結(jie)構離(li)子和(he)(he)系(xi)統中(zhong)(NO 3和(he)(he)NO 2)由于(yu)競爭效(xiao)應，硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)受到(dao)抑(yi)制(zhi)，亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)受到(dao)協(xie)同吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)的(de)(de)促進(jin)。NOM當(dang)存(cun)在(zai)(zai)或(huo)不存(cun)在(zai)(zai)時(shi)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)能力相似，表明硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)對碳表面的(de)(de)親和(he)(he)力強于(yu)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)(he)NOM的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)。