活性炭去除氟化物

　　用鋯浸(jin)漬或沉淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)附通常在改(gai)性活性炭(tan)(tan)時(shi)得到改(gai)善。這些雜化(hua)吸(xi)附劑可以通過(guo)控制浸(jin)漬條(tiao)件(jian)來改(gai)善，這已經確定Zr組(zu)裝和分(fen)(fen)散在活性炭(tan)(tan)表面。活性炭(tan)(tan)在這里使(shi)(shi)用Zr(IV)與草(cao)酸(suan)(OA)共同改(gai)性，使(shi)(shi)鋯分(fen)(fen)散體*大化(hua)，增強氟(fu)(fu)化(hua)物吸(xi)附。吸(xi)附實驗在pH7和25℃氟(fu)(fu)濃度為40 mg L -1。活性炭(tan)(tan)經過(guo)OA / Zr氟(fu)(fu)化(hua)物吸(xi)附的*佳條(tiao)件(jian)是改(gai)性。電(dian)位(wei)滴定顯示(shi)，改(gai)性后的活性炭(tan)(tan)(鋯改(gai)性活性炭(tan)(tan))在pH正電(dian)荷低(di)于(yu)7，分(fen)(fen)析表明鋯離(li)子主要(yao)與活性炭(tan)(tan)表面的羧(suo)基相互作用。

　　此(ci)外(wai)，氟(fu)化(hua)物(wu)可以存在于(yu)飲用水(shui)中，約0.7毫克(ke)L -1的水(shui)平被認為是(shi)有益的，但如果(guo)超(chao)過1.5毫克(ke)L -1則有害。飲用水(shui)或(huo)地(di)下水(shui)(飲用水(shui)的主要來源之一)攝(she)入(ru)高(gao)氟(fu)化(hua)物(wu)濃度(du)(du)會(hui)造(zao)成危害，嚴重時(shi)會(hui)導致氟(fu)中毒(牙齒和骨骼異常)或(huo)神經損傷。氟(fu)化(hua)物(wu)濃度(du)(du)，*多30毫克(ke)的L -世界上許多地(di)區都能找到(dao)地(di)下水(shui)，而且它至少存在于(yu)25個(ge)國家。

　　許多(duo)研究集中(zhong)在從水溶液(ye)中(zhong)去除氟(fu)化(hua)物(wu)工(gong)程的(de)吸(xi)附劑(ji)，包括氧(yang)(yang)化(hua)鋁、粘土(tu)、礦物(wu)質和植物(wu)、活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和納米管 ，稀有氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)、聚(ju)合物(wu)和樹(shu)脂。還(huan)知道，一些(xie)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)，如鐵、錳(meng)、蘭、鋁、鋯(gao)或(huo)(huo)(huo)鈦，可以顯著(zhu)增加氟(fu)化(hua)物(wu)的(de)吸(xi)附能力。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)具(ju)有天然（未改性(xing)(xing)）的(de)巨大表面積，是水中(zhong)氟(fu)化(hua)物(wu)的(de)優良吸(xi)附劑(ji)，但能提供穩定的(de)支(zhi)持，實現強氟(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附劑(ji)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)相的(de)高分(fen)散，抑制(zhi)這些(xie)活(huo)性(xing)(xing)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)顆粒的(de)燒(shao)結(jie)或(huo)(huo)(huo)體積沉淀。當這種活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料使用(yong)鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)絡合物(wu)浸(jin)漬(zi)時，吸(xi)附能力提高了(le)3-5倍 。提高氟(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附能力的(de)關鍵因素是控(kong)制(zhi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面積和負載(zai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)相的(de)尺寸分(fen)布。還(huan)能抑制(zhi)這些(xie)活(huo)性(xing)(xing)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)顆粒的(de)燒(shao)結(jie)或(huo)(huo)(huo)體積沉淀。

　　一些研究(jiu)已(yi)經集(ji)中(zhong)在(zai)裝載(zai)鋯上(IV)金屬(shu)鹽(yan)溶(rong)液通過(guo)浸(jin)漬或沉淀轉化(hua)為(wei)(wei)(wei)幾種吸附(fu)(fu)劑(ji)。雖然這種合(he)成操作(zuo)很簡單，但由于(yu)pH，離子(zi)強(qiang)度(du)(du)存在(zai)或已(yi)知會影(ying)響離子(zi)強(qiang)度(du)(du)Zr(IV)顆(ke)粒(li)的(de)(de)聚集(ji)和(he)重(zhong)組的(de)(de)其(qi)他因素的(de)(de)影(ying)響，難(nan)以理解和(he)優化(hua)。在(zai)許(xu)多情況下(xia)，由于(yu)平均(jun)尺寸范圍(wei)為(wei)(wei)(wei)納(na)米至微米，吸附(fu)(fu)劑(ji)的(de)(de)特(te)定面積為(wei)(wei)(wei)Zr在(zai)常規合(he)成中(zhong)，顆(ke)粒(li)孔堵塞并下(xia)降，不受控制(zhi)(zhi)。我(wo)們(men)認為(wei)(wei)(wei)，在(zai)合(he)成過(guo)程中(zhong)結合(he)粒(li)子(zi)表(biao)(biao)面或核的(de)(de)絡合(he)（或螯合(he)）配體，有助于(yu)控制(zhi)(zhi)分散金屬(shu)的(de)(de)生長和(he)*終粒(li)度(du)(du)分布。有機(ji)酸已(yi)被(bei)證明處于(yu)成核和(he)聚合(he)階段。該方(fang)法尚未系統地用(yong)于(yu)包含(han)(han)Zr納(na)米顆(ke)粒(li)負載(zai)在(zai)活(huo)(huo)性(xing)炭等碳表(biao)(biao)面，因此采用(yong)高機(ji)械強(qiang)度(du)(du)、優良的(de)(de)流(liu)通系統滲透(tou)性(xing)和(he)高活(huo)(huo)性(xing)炭表(biao)(biao)面，用(yong)于(yu)飲(yin)用(yong)水系統的(de)(de)脫氟過(guo)程。本研究(jiu)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是利用(yong)草(cao)酸作(zuo)為(wei)(wei)(wei)浸(jin)漬過(guo)程中(zhong)的(de)(de)復合(he)配體來(lai)控制(zhi)(zhi)含(han)(han)量(liang)Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)粒(li)徑，提出可能(neng)的(de)(de)氟吸附(fu)(fu)機(ji)制(zhi)(zhi)，提高顆(ke)粒(li)活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)氟吸附(fu)(fu)能(neng)力。

　　鋯改(gai)性用(yong)于活性炭

　　根據(ju)考慮了Zr(IV)/有機封端(duan)劑(ji)(Zr / OA)在實驗(yan)設計中(zhong)，采用鋯(gao)浸(jin)漬活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)，以確定(ding)具有*高(gao)氟吸附能力的(de)(de)吸附劑(ji)。添加活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)Zr 2  ?15 %的(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中(zhong)。然(ran)后，將浸(jin)漬活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和10mL的(de)(de)0.01-12.將2%的(de)(de)草酸溶(rong)液(ye)混合1天，然(ran)后過(guo)濾、漂洗(xi)和60%℃干燥12小時(shi)。由此產生的(de)(de)浸(jin)漬活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)稱(cheng)為ZrOx-AC。將F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)中(zhong)，獲(huo)得的(de)(de)材料是鋯(gao)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。所(suo)有浸(jin)漬過(guo)程均為25℃進行。

　　活(huo)性炭吸附(fu)氟(fu)化物機(ji)理

　　這(zhe)里使用的(de)多種光(guang)(guang)譜(pu)技術與電位滴定提供了關于Zr-活(huo)性炭浸漬草酸(suan)(ZrOx-AC)氟(fu)化物吸(xi)(xi)附過(guo)程中有價(jia)值的(de)信息。光(guang)(guang)譜(pu)分析(xi)確定了商業活(huo)性炭(F400)參與氟(fu)化物吸(xi)(xi)收Zr(IV)主要的(de)離子錨(mao)定官能團。此(ci)外，這(zhe)些分析(xi)有助于確定碳表面(mian)氟(fu)氧化鋯的(de)類型。

　　因(yin)此，根(gen)據本研究中的所有證據，可(ke)以(yi)假設氟(fu)吸附機(ji)制（上圖）。首先(xian)，ZrOCl 2(ZrOOH  或(huo)[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解(jie)Zr(IV)-COOH通過靜電相互作(zuo)用(yong)(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(he)八(ba)面體(ti)(ti)的聚合物結構。因(yin)此，可(ke)以(yi)提出活(huo)性炭表面氧官能度的**相互作(zuo)用(yong)(yong)，見(jian)圖。

　　簡(jian)而(er)言(yan)之，表示(shi)活(huo)(huo)性(xing)炭Zr在(zai)(zai)混合過程(cheng)中加入(ru)草酸可以(yi)使氟(fu)吸附簡(jian)單Zr摻雜(za)的(de)(de)(de)AC下(xia)以(yi)1.05的(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提高(gao)3倍。我們(men)的(de)(de)(de)工作表明(ming)，增強機制涉及(ji)Zr離(li)子的(de)(de)(de)OA它控制成核(he)，限(xian)制在(zai)(zai)常(chang)規方法中Zr分散的(de)(de)(de)ZrO 二顆粒(li)的(de)(de)(de)生長。鋯活(huo)(huo)性(xing)表面積增加，與活(huo)(huo)性(xing)炭表面位(wei)點有關OA分子復(fu)合物的(de)(de)(de)形式留下(xia)了一些高(gao)活(huo)(huo)性(xing)Zr。*后(hou)，從(cong)Zr-羥基交換在(zai)(zai)草酸鹽的(de)(de)(de)表面位(wei)置Zr = O氟(fu)離(li)子與鋯離(li)子的(de)(de)(de)正(zheng)電荷相互作用(yong)。