活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)浸漬或(huo)沉(chen)淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)附(fu)通(tong)常在(zai)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)時得到改(gai)善(shan)。這(zhe)些雜化吸(xi)附(fu)劑可(ke)以(yi)通(tong)過控制浸漬條件來改(gai)善(shan)，這(zhe)已經確定(ding)Zr組裝和分(fen)散在(zai)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表面(mian)。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)這(zhe)里(li)使(shi)用Zr(IV)與(yu)草酸(OA)共同改(gai)性(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯(gao)分(fen)散體*大化，增強氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)吸(xi)附(fu)。吸(xi)附(fu)實驗在(zai)pH7和25℃氟(fu)(fu)濃度為40 mg L -1。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)經過OA / Zr氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)吸(xi)附(fu)的*佳條件是改(gai)性(xing)(xing)(xing)。電(dian)位滴定(ding)顯示，改(gai)性(xing)(xing)(xing)后的活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(鋯(gao)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan))在(zai)pH正電(dian)荷低(di)于(yu)7，分(fen)析表明(ming)鋯(gao)離子(zi)主要與(yu)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表面(mian)的羧基相(xiang)互作用。

　　此外，氟(fu)化物(wu)可(ke)以(yi)存在于飲用(yong)水(shui)中(zhong)，約0.7毫(hao)(hao)克(ke)L -1的(de)(de)水(shui)平被認為是有益的(de)(de)，但如果超過(guo)1.5毫(hao)(hao)克(ke)L -1則有害。飲用(yong)水(shui)或(huo)地(di)(di)下(xia)水(shui)(飲用(yong)水(shui)的(de)(de)主要來(lai)源之一)攝(she)入高氟(fu)化物(wu)濃度(du)會(hui)造成(cheng)危(wei)害，嚴重時(shi)會(hui)導致氟(fu)中(zhong)毒(牙齒和(he)骨(gu)骼(ge)異常)或(huo)神(shen)經(jing)損傷。氟(fu)化物(wu)濃度(du)，*多30毫(hao)(hao)克(ke)的(de)(de)L -世(shi)界上許(xu)多地(di)(di)區都能找到地(di)(di)下(xia)水(shui)，而且它(ta)至少(shao)存在于25個國(guo)家。

　　許多研(yan)究集中在從水溶液中去除氟(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)工(gong)程的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑(ji)，包(bao)括(kuo)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁(lv)、粘土、礦物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質和(he)(he)植(zhi)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和(he)(he)納米管 ，稀(xi)有(you)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)(he)樹(shu)脂(zhi)。還知道，一(yi)些(xie)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁(lv)、鋯或鈦，可(ke)以顯著增加氟(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)力。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)具有(you)天然(ran)（未改性(xing)(xing)）的(de)巨大表面積，是水中氟(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)優良(liang)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑(ji)，但能(neng)提(ti)供穩定的(de)支持，實現強氟(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑(ji)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)相的(de)高分(fen)散，抑(yi)制這(zhe)(zhe)些(xie)活(huo)(huo)性(xing)(xing)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)顆粒的(de)燒結(jie)或體積沉淀。當這(zhe)(zhe)種活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料使用鋯鋯時(shi)(IV)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)絡合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)浸漬時(shi)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)力提(ti)高了3-5倍 。提(ti)高氟(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)力的(de)關鍵因素(su)是控制活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面積和(he)(he)負(fu)載金(jin)(jin)屬(shu)(shu)相的(de)尺寸分(fen)布。還能(neng)抑(yi)制這(zhe)(zhe)些(xie)活(huo)(huo)性(xing)(xing)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)顆粒的(de)燒結(jie)或體積沉淀。

　　一(yi)些研究已經集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)(zai)裝載(zai)鋯上(IV)金屬(shu)鹽溶液通(tong)過(guo)(guo)浸(jin)漬(zi)或(huo)沉(chen)淀(dian)轉化(hua)為(wei)幾種吸附(fu)(fu)劑。雖然這(zhe)種合(he)(he)(he)成操作很(hen)簡單，但由于(yu)(yu)pH，離子(zi)強(qiang)(qiang)度(du)存在(zai)(zai)或(huo)已知會影響離子(zi)強(qiang)(qiang)度(du)Zr(IV)顆(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)聚集(ji)(ji)和(he)重組(zu)的(de)(de)(de)其他因素的(de)(de)(de)影響，難以理解(jie)和(he)優(you)化(hua)。在(zai)(zai)許多情況下，由于(yu)(yu)平均尺寸范圍(wei)為(wei)納米(mi)(mi)至微(wei)米(mi)(mi)，吸附(fu)(fu)劑的(de)(de)(de)特定面(mian)(mian)積為(wei)Zr在(zai)(zai)常規合(he)(he)(he)成中(zhong)(zhong)，顆(ke)粒(li)(li)孔堵塞(sai)并(bing)下降，不受控(kong)制(zhi)(zhi)。我們(men)認為(wei)，在(zai)(zai)合(he)(he)(he)成過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)結合(he)(he)(he)粒(li)(li)子(zi)表面(mian)(mian)或(huo)核(he)(he)的(de)(de)(de)絡合(he)(he)(he)（或(huo)螯合(he)(he)(he)）配體，有(you)助(zhu)于(yu)(yu)控(kong)制(zhi)(zhi)分(fen)散金屬(shu)的(de)(de)(de)生(sheng)長和(he)*終(zhong)粒(li)(li)度(du)分(fen)布(bu)。有(you)機酸已被證明處(chu)于(yu)(yu)成核(he)(he)和(he)聚合(he)(he)(he)階段。該方法尚未系(xi)統(tong)地用于(yu)(yu)包含Zr納米(mi)(mi)顆(ke)粒(li)(li)負載(zai)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭等(deng)碳表面(mian)(mian)，因此采用高機械(xie)強(qiang)(qiang)度(du)、優(you)良的(de)(de)(de)流通(tong)系(xi)統(tong)滲透性(xing)(xing)和(he)高活(huo)性(xing)(xing)炭表面(mian)(mian)，用于(yu)(yu)飲用水系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)脫(tuo)氟過(guo)(guo)程(cheng)。本研究的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)利(li)用草酸作為(wei)浸(jin)漬(zi)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)(he)配體來(lai)控(kong)制(zhi)(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提(ti)(ti)出可能的(de)(de)(de)氟吸附(fu)(fu)機制(zhi)(zhi)，提(ti)(ti)高顆(ke)粒(li)(li)活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)氟吸附(fu)(fu)能力。

　　鋯改性(xing)(xing)用(yong)于活性(xing)(xing)炭

　　根據考慮(lv)了Zr(IV)/有機(ji)封端劑(Zr / OA)在(zai)實(shi)驗設計中(zhong)(zhong)，采(cai)用鋯(gao)浸漬(zi)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)，以(yi)確定具有*高氟吸附能(neng)力的(de)吸附劑。添加活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液中(zhong)(zhong)。然后(hou)，將(jiang)(jiang)浸漬(zi)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)和(he)10mL的(de)0.01-12.將(jiang)(jiang)2%的(de)草酸溶(rong)液混合1天，然后(hou)過濾(lv)、漂洗和(he)60%℃干燥(zao)12小時。由此產生的(de)浸漬(zi)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)稱為(wei)ZrOx-AC。將(jiang)(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)溶(rong)液中(zhong)(zhong)，獲得的(de)材料是(shi)鋯(gao)改(gai)性活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)。所有浸漬(zi)過程均為(wei)25℃進(jin)行。

　　活性炭吸附氟化(hua)物機理

　　這(zhe)(zhe)里使用的(de)(de)多(duo)種光(guang)譜(pu)技術與電位滴定提供了(le)關(guan)于(yu)Zr-活(huo)性(xing)炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟化物(wu)吸附過程中有價值的(de)(de)信息(xi)。光(guang)譜(pu)分析確定了(le)商業(ye)活(huo)性(xing)炭(F400)參與氟化物(wu)吸收Zr(IV)主要(yao)的(de)(de)離子錨定官能團。此(ci)外，這(zhe)(zhe)些(xie)分析有助于(yu)確定碳表(biao)面氟氧化鋯的(de)(de)類型。

　　因此(ci)，根據本研(yan)究中的所有(you)證(zheng)據，可以假設氟吸附機制(zhi)（上圖(tu)）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解(jie)Zr(IV)-COOH通過靜電相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)形成形成CO-Zr鍵。考慮到(dao)鋯(IV)能形成四面體和八面體的聚合物結構。因此(ci)，可以提出(chu)活性(xing)炭(tan)表面氧(yang)官能度(du)的**相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)，見(jian)圖(tu)。

　　簡而言(yan)之(zhi)，表(biao)示(shi)活(huo)性(xing)炭(tan)Zr在混(hun)合過程中加(jia)入草酸可以使(shi)氟(fu)吸附簡單Zr摻雜的(de)AC下以1.05的(de)*佳Zr / OA比(bi)提(ti)高(gao)3倍。我們的(de)工(gong)作(zuo)(zuo)表(biao)明，增強機制涉(she)及Zr離(li)(li)子的(de)OA它控制成核，限制在常規方(fang)法中Zr分散的(de)ZrO 二顆粒的(de)生(sheng)長。鋯(gao)活(huo)性(xing)表(biao)面積增加(jia)，與活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面位點有關OA分子復合物的(de)形式留下了(le)一些高(gao)活(huo)性(xing)Zr。*后，從(cong)Zr-羥基交換在草酸鹽的(de)表(biao)面位置Zr = O氟(fu)離(li)(li)子與鋯(gao)離(li)(li)子的(de)正電荷相互作(zuo)(zuo)用。