活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯(gao)(gao)浸漬(zi)(zi)或沉(chen)淀(IV)氟吸附通常在改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭時得(de)到(dao)改(gai)善。這(zhe)些雜化吸附劑可以通過控制(zhi)浸漬(zi)(zi)條(tiao)件(jian)來改(gai)善，這(zhe)已經確定Zr組(zu)裝和分散在活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭在這(zhe)里使用(yong)Zr(IV)與(yu)草(cao)酸(OA)共同改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)，使鋯(gao)(gao)分散體*大化，增強(qiang)氟化物吸附。吸附實驗在pH7和25℃氟濃度為(wei)40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭經過OA / Zr氟化物吸附的(de)*佳條(tiao)件(jian)是改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)。電位滴定顯示(shi)，改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)后(hou)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(鋯(gao)(gao)改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭)在pH正電荷低于7，分析表(biao)明鋯(gao)(gao)離子主要與(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面的(de)羧基相互作用(yong)。

　　此(ci)外，氟化物(wu)可以存(cun)在(zai)于飲(yin)用水(shui)中，約0.7毫(hao)(hao)克(ke)L -1的水(shui)平被認為(wei)是有益的，但如果超(chao)過1.5毫(hao)(hao)克(ke)L -1則有害。飲(yin)用水(shui)或地(di)下(xia)水(shui)(飲(yin)用水(shui)的主要(yao)來源(yuan)之一)攝(she)入高氟化物(wu)濃度會造(zao)成危害，嚴重時會導致氟中毒(牙齒和骨(gu)骼異常)或神經損(sun)傷。氟化物(wu)濃度，*多(duo)30毫(hao)(hao)克(ke)的L -世界上(shang)許多(duo)地(di)區(qu)都能找到地(di)下(xia)水(shui)，而且它至少存(cun)在(zai)于25個國家。

　　許(xu)多研究集中在從水溶(rong)液中去除氟化(hua)物(wu)(wu)(wu)工(gong)程(cheng)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)劑，包括(kuo)氧化(hua)鋁(lv)、粘土、礦物(wu)(wu)(wu)質和植(zhi)物(wu)(wu)(wu)、活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭和納米管(guan) ，稀有氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚合(he)物(wu)(wu)(wu)和樹(shu)脂。還(huan)知道，一些金(jin)屬(shu)氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳(meng)、蘭、鋁(lv)、鋯或鈦(tai)，可以顯著增(zeng)加氟化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭具有天然(ran)（未改(gai)性(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表面積，是水中氟化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)優(you)良吸(xi)附(fu)(fu)劑，但能(neng)(neng)(neng)提(ti)供穩定的(de)(de)(de)支持(chi)，實現(xian)強氟化(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)劑金(jin)屬(shu)相的(de)(de)(de)高(gao)分(fen)散，抑制(zhi)這(zhe)些活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒的(de)(de)(de)燒結或體(ti)積沉淀(dian)。當這(zhe)種活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭材(cai)料使用(yong)鋯鋯時(IV)金(jin)屬(shu)絡合(he)物(wu)(wu)(wu)浸漬(zi)時，吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)提(ti)高(gao)了3-5倍(bei) 。提(ti)高(gao)氟化(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)的(de)(de)(de)關鍵因素是控制(zhi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭表面積和負(fu)載金(jin)屬(shu)相的(de)(de)(de)尺寸分(fen)布。還(huan)能(neng)(neng)(neng)抑制(zhi)這(zhe)些活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒的(de)(de)(de)燒結或體(ti)積沉淀(dian)。

　　一些研究(jiu)已(yi)經集中(zhong)(zhong)在裝載(zai)鋯(gao)上(IV)金屬(shu)鹽溶液(ye)通(tong)過浸漬(zi)或沉淀轉(zhuan)化(hua)為(wei)幾(ji)種吸(xi)附劑。雖然這種合成操(cao)作(zuo)很(hen)簡單(dan)，但(dan)由于(yu)(yu)pH，離(li)子(zi)強度(du)(du)存在或已(yi)知會影響(xiang)離(li)子(zi)強度(du)(du)Zr(IV)顆(ke)粒的(de)(de)(de)聚集和(he)重(zhong)組的(de)(de)(de)其他因素的(de)(de)(de)影響(xiang)，難以理(li)解和(he)優化(hua)。在許(xu)多情況下(xia)，由于(yu)(yu)平均(jun)尺寸(cun)范圍為(wei)納(na)米(mi)(mi)至微米(mi)(mi)，吸(xi)附劑的(de)(de)(de)特定面(mian)積為(wei)Zr在常規合成中(zhong)(zhong)，顆(ke)粒孔堵塞并下(xia)降，不受(shou)控制(zhi)。我(wo)們認為(wei)，在合成過程中(zhong)(zhong)結合粒子(zi)表面(mian)或核的(de)(de)(de)絡(luo)合（或螯合）配體，有(you)助(zhu)于(yu)(yu)控制(zhi)分(fen)散金屬(shu)的(de)(de)(de)生長和(he)*終粒度(du)(du)分(fen)布。有(you)機(ji)(ji)酸(suan)已(yi)被(bei)證明處于(yu)(yu)成核和(he)聚合階段。該(gai)方法尚未系(xi)(xi)(xi)統(tong)地用于(yu)(yu)包(bao)含(han)Zr納(na)米(mi)(mi)顆(ke)粒負(fu)載(zai)在活(huo)性(xing)炭等碳表面(mian)，因此采用高(gao)機(ji)(ji)械強度(du)(du)、優良的(de)(de)(de)流通(tong)系(xi)(xi)(xi)統(tong)滲透性(xing)和(he)高(gao)活(huo)性(xing)炭表面(mian)，用于(yu)(yu)飲用水系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)脫氟過程。本研究(jiu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是(shi)利用草酸(suan)作(zuo)為(wei)浸漬(zi)過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)復合配體來控制(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒粒徑(jing)，提出可(ke)能的(de)(de)(de)氟吸(xi)附機(ji)(ji)制(zhi)，提高(gao)顆(ke)粒活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)氟吸(xi)附能力。

　　鋯改(gai)性(xing)用于活性(xing)炭(tan)

　　根據考慮了Zr(IV)/有(you)機(ji)封(feng)端劑(ji)(Zr / OA)在實驗設計中(zhong)(zhong)(zhong)，采用鋯浸(jin)(jin)漬(zi)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，以確定具(ju)有(you)*高氟吸(xi)附(fu)能力的吸(xi)附(fu)劑(ji)。添(tian)加活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)Zr 2  ?15 %的ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)。然后，將浸(jin)(jin)漬(zi)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和10mL的0.01-12.將2%的草酸溶(rong)液混合1天，然后過濾、漂(piao)洗和60%℃干燥(zao)12小時。由此(ci)產生的浸(jin)(jin)漬(zi)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)稱為(wei)ZrOx-AC。將F400加入到(dao)ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)，獲得(de)的材料是鋯改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。所有(you)浸(jin)(jin)漬(zi)過程(cheng)均為(wei)25℃進行。

　　活性炭吸附氟化物機理

　　這里使用的(de)多(duo)種光(guang)譜(pu)技術(shu)與(yu)電(dian)位滴定提供了關(guan)于Zr-活性炭(tan)浸漬(zi)草酸(ZrOx-AC)氟(fu)(fu)化物(wu)吸(xi)附過程中有(you)價值(zhi)的(de)信息。光(guang)譜(pu)分(fen)(fen)析確定了商業(ye)活性炭(tan)(F400)參與(yu)氟(fu)(fu)化物(wu)吸(xi)收Zr(IV)主要(yao)的(de)離子錨(mao)定官能團。此外(wai)，這些分(fen)(fen)析有(you)助于確定碳(tan)表面(mian)氟(fu)(fu)氧化鋯的(de)類型(xing)。

　　因(yin)此，根據(ju)本研究中的所有(you)證據(ju)，可以假設氟(fu)吸(xi)附機制(zhi)（上(shang)圖）。首先(xian)，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解(jie)Zr(IV)-COOH通過靜電相(xiang)互(hu)作用(yong)形(xing)(xing)成形(xing)(xing)成CO-Zr鍵。考慮到(dao)鋯(IV)能(neng)形(xing)(xing)成四(si)面(mian)(mian)體和八面(mian)(mian)體的聚合(he)物結(jie)構。因(yin)此，可以提(ti)出(chu)活性炭表面(mian)(mian)氧官能(neng)度的**相(xiang)互(hu)作用(yong)，見圖。

　　簡(jian)而言之，表(biao)示活性(xing)炭Zr在(zai)混合過程中加入草(cao)酸可以使氟吸(xi)附簡(jian)單Zr摻雜的(de)(de)AC下(xia)(xia)以1.05的(de)(de)*佳(jia)Zr / OA比提高(gao)3倍。我們(men)的(de)(de)工作表(biao)明(ming)，增強機制涉及Zr離子的(de)(de)OA它控制成核，限制在(zai)常規方法中Zr分散的(de)(de)ZrO 二(er)顆粒(li)的(de)(de)生長。鋯(gao)活性(xing)表(biao)面積增加，與活性(xing)炭表(biao)面位點有關OA分子復(fu)合物(wu)的(de)(de)形式留下(xia)(xia)了一(yi)些高(gao)活性(xing)Zr。*后(hou)，從Zr-羥基交換在(zai)草(cao)酸鹽(yan)的(de)(de)表(biao)面位置(zhi)Zr = O氟離子與鋯(gao)離子的(de)(de)正電荷相互作用。