活性炭去除氟化物

　　用(yong)(yong)鋯(gao)浸漬或沉淀(IV)氟吸(xi)附(fu)通常在改(gai)性活性炭時得到改(gai)善。這些雜化(hua)吸(xi)附(fu)劑可以通過控(kong)制浸漬條件(jian)來改(gai)善，這已經(jing)確定(ding)Zr組裝(zhuang)和(he)分散(san)在活性炭表(biao)(biao)面。活性炭在這里使用(yong)(yong)Zr(IV)與(yu)草酸(OA)共(gong)同(tong)改(gai)性，使鋯(gao)分散(san)體*大化(hua)，增強(qiang)氟化(hua)物吸(xi)附(fu)。吸(xi)附(fu)實驗在pH7和(he)25℃氟濃度為40 mg L -1。活性炭經(jing)過OA / Zr氟化(hua)物吸(xi)附(fu)的(de)*佳條件(jian)是改(gai)性。電(dian)位滴定(ding)顯示，改(gai)性后的(de)活性炭(鋯(gao)改(gai)性活性炭)在pH正電(dian)荷低于7，分析(xi)表(biao)(biao)明鋯(gao)離子主(zhu)要(yao)與(yu)活性炭表(biao)(biao)面的(de)羧基(ji)相互作用(yong)(yong)。

　　此(ci)外，氟(fu)化物可以(yi)存(cun)在(zai)于飲用(yong)水中，約(yue)0.7毫克L -1的水平被認為是有益的，但(dan)如果超過(guo)1.5毫克L -1則(ze)有害。飲用(yong)水或地下水(飲用(yong)水的主要來源之一)攝(she)入高(gao)氟(fu)化物濃(nong)度會造成(cheng)危害，嚴(yan)重時會導致氟(fu)中毒(牙齒和(he)骨(gu)骼異(yi)常(chang))或神經(jing)損傷。氟(fu)化物濃(nong)度，*多30毫克的L -世(shi)界上(shang)許(xu)多地區都能找(zhao)到地下水，而且它至少存(cun)在(zai)于25個國家。

　　許多研究集中在(zai)從(cong)水(shui)溶(rong)液中去除氟化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)工(gong)程的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)，包括氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁、粘土、礦物(wu)質(zhi)和(he)植物(wu)、活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)和(he)納(na)米(mi)管(guan) ，稀有氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)、聚合物(wu)和(he)樹脂。還知道(dao)，一些(xie)(xie)金(jin)(jin)屬氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)，如鐵(tie)、錳(meng)、蘭、鋁、鋯(gao)(gao)或鈦，可以(yi)顯著增(zeng)加(jia)氟化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)具有天然(ran)（未(wei)改性(xing)(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表面積(ji)，是水(shui)中氟化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)優良吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)，但能(neng)提(ti)供穩定的(de)(de)(de)支(zhi)持，實現強氟化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)金(jin)(jin)屬相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)分(fen)散，抑(yi)制(zhi)這些(xie)(xie)活(huo)性(xing)(xing)(xing)金(jin)(jin)屬顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)燒(shao)結或體(ti)積(ji)沉淀。當這種活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)材(cai)料使用鋯(gao)(gao)鋯(gao)(gao)時(IV)金(jin)(jin)屬絡合物(wu)浸(jin)漬時，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)提(ti)高(gao)(gao)了3-5倍 。提(ti)高(gao)(gao)氟化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力(li)的(de)(de)(de)關鍵因(yin)素(su)是控制(zhi)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面積(ji)和(he)負(fu)載金(jin)(jin)屬相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)尺寸分(fen)布。還能(neng)抑(yi)制(zhi)這些(xie)(xie)活(huo)性(xing)(xing)(xing)金(jin)(jin)屬顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)燒(shao)結或體(ti)積(ji)沉淀。

　　一些研究(jiu)已經集中(zhong)(zhong)在(zai)裝載鋯上(IV)金(jin)屬鹽溶(rong)液(ye)通(tong)過(guo)浸(jin)漬或(huo)沉(chen)淀轉化(hua)為(wei)(wei)幾種吸附(fu)劑。雖然(ran)這種合(he)成(cheng)操作(zuo)很簡單(dan)，但由于(yu)(yu)pH，離(li)(li)子強度(du)存在(zai)或(huo)已知會影響離(li)(li)子強度(du)Zr(IV)顆粒(li)的(de)(de)(de)聚(ju)集和重組的(de)(de)(de)其他因素(su)的(de)(de)(de)影響，難以理解和優化(hua)。在(zai)許多情況(kuang)下，由于(yu)(yu)平均尺(chi)寸范(fan)圍為(wei)(wei)納(na)(na)米(mi)至微米(mi)，吸附(fu)劑的(de)(de)(de)特定面積為(wei)(wei)Zr在(zai)常(chang)規合(he)成(cheng)中(zhong)(zhong)，顆粒(li)孔堵塞并下降，不受控制(zhi)(zhi)。我們(men)認為(wei)(wei)，在(zai)合(he)成(cheng)過(guo)程中(zhong)(zhong)結合(he)粒(li)子表(biao)面或(huo)核的(de)(de)(de)絡合(he)（或(huo)螯合(he)）配體，有(you)助于(yu)(yu)控制(zhi)(zhi)分散金(jin)屬的(de)(de)(de)生(sheng)長和*終(zhong)粒(li)度(du)分布(bu)。有(you)機酸(suan)已被證明(ming)處于(yu)(yu)成(cheng)核和聚(ju)合(he)階段。該方法尚未系統地用(yong)于(yu)(yu)包含Zr納(na)(na)米(mi)顆粒(li)負載在(zai)活性(xing)(xing)炭等碳表(biao)面，因此采用(yong)高機械強度(du)、優良的(de)(de)(de)流(liu)通(tong)系統滲透性(xing)(xing)和高活性(xing)(xing)炭表(biao)面，用(yong)于(yu)(yu)飲用(yong)水系統的(de)(de)(de)脫(tuo)氟(fu)(fu)過(guo)程。本研究(jiu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是利(li)用(yong)草酸(suan)作(zuo)為(wei)(wei)浸(jin)漬過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)復合(he)配體來控制(zhi)(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆粒(li)粒(li)徑，提(ti)出(chu)可(ke)能的(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)機制(zhi)(zhi)，提(ti)高顆粒(li)活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)能力。

　　鋯改(gai)性用于活性炭

　　根據(ju)考慮了Zr(IV)/有機封端劑(Zr / OA)在實(shi)驗設(she)計中，采用鋯(gao)浸漬(zi)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)，以(yi)確定(ding)具有*高氟吸(xi)附(fu)(fu)能力的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)劑。添(tian)加活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中。然(ran)后(hou)，將浸漬(zi)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和10mL的(de)(de)0.01-12.將2%的(de)(de)草(cao)酸溶(rong)液(ye)混合(he)1天，然(ran)后(hou)過濾(lv)、漂洗和60%℃干(gan)燥12小時。由此(ci)產生的(de)(de)浸漬(zi)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)中，獲得的(de)(de)材料是鋯(gao)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。所有浸漬(zi)過程均(jun)為25℃進行。

　　活性(xing)炭吸附氟化物機理

　　這(zhe)里使用的多(duo)種光(guang)譜技術與電位滴定(ding)提供了(le)關于Zr-活(huo)(huo)性(xing)炭浸漬(zi)草酸(ZrOx-AC)氟(fu)化物吸(xi)附過程中有(you)(you)價值的信息。光(guang)譜分析確定(ding)了(le)商業活(huo)(huo)性(xing)炭(F400)參與氟(fu)化物吸(xi)收Zr(IV)主要的離子錨定(ding)官能團。此外，這(zhe)些分析有(you)(you)助于確定(ding)碳表(biao)面氟(fu)氧化鋯(gao)的類型。

　　因此(ci)，根據(ju)本研究中的所(suo)有證據(ju)，可(ke)以假(jia)設氟(fu)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) )的水解Zr(IV)-COOH通(tong)過(guo)靜電相互(hu)作(zuo)用(yong)形(xing)成形(xing)成CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能形(xing)成四面體(ti)(ti)和八面體(ti)(ti)的聚合物結構。因此(ci)，可(ke)以提(ti)出活性炭表面氧(yang)官能度的**相互(hu)作(zuo)用(yong)，見(jian)圖(tu)。

　　簡而言之，表示活(huo)性(xing)炭Zr在(zai)混合(he)過程中加(jia)入草(cao)(cao)酸可以使氟(fu)吸(xi)附簡單Zr摻雜的(de)(de)(de)(de)AC下以1.05的(de)(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提高(gao)3倍(bei)。我們(men)的(de)(de)(de)(de)工作表明，增強機制(zhi)涉及Zr離子(zi)的(de)(de)(de)(de)OA它控制(zhi)成核，限制(zhi)在(zai)常(chang)規方法中Zr分散的(de)(de)(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)(de)(de)生長。鋯活(huo)性(xing)表面(mian)積增加(jia)，與活(huo)性(xing)炭表面(mian)位(wei)(wei)點(dian)有(you)關OA分子(zi)復合(he)物的(de)(de)(de)(de)形式留下了一些高(gao)活(huo)性(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交(jiao)換在(zai)草(cao)(cao)酸鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)位(wei)(wei)置Zr = O氟(fu)離子(zi)與鋯離子(zi)的(de)(de)(de)(de)正電荷相互(hu)作用(yong)。