活(huo)性炭(tan)去除污(wu)水中的亞硝酸鹽

　　活性炭去除廢水中(zhong)(zhong)的(de)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)根和亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)根陰離子，氮(dan)(N)是(shi)所(suo)有生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的(de)基本要(yao)素。氮(dan)以不同的(de)氧(yang)化態存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和NH 4  ( - 3)。其中(zhong)(zhong)，NO 3 -，NO 2 -和NH 4  ( - 3)更受關注，因為(wei)它(ta)們易(yi)溶于(yu)(yu)水，對人體(ti)健康(kang)有毒。農業施(shi)肥等(deng)非點源(yuan)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)污染(ran)地下(xia)水和地表水已成(cheng)為(wei)工業和發(fa)展中(zhong)(zhong)國家(jia)日益嚴重(zhong)的(de)環境(jing)問(wen)題。硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)污染(ran)是(shi)由(you)于(yu)(yu)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)肥料的(de)廣(guang)泛使用(yong)和人類和動物(wu)廢物(wu)處(chu)理(li)不善或未經處(chu)理(li)而發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)。硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)是(shi)許多工業過程的(de)副產(chan)品(pin)，包括(kuo)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)造紙(zhi)、硝(xiao)(xiao)基有機化合(he)物(wu)和藥物(wu)化合(he)物(wu)。亞硝(xiao)(xiao)胺(an)致癌(ai)的(de)前(qian)兆是(shi)地下(xia)水硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)濃度的(de)增(zeng)加(jia)。由(you)于(yu)(yu)這些原因，歐盟限制了飲(yin)用(yong)水中(zhong)(zhong)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)和亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)的(de)濃度。

　　亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和(he)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽也是存(cun)在(zai)于更多放射(she)性廢(fei)物中的(de)(de)非放射(she)性廢(fei)物； 硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)在(zai)核(he)武(wu)器和(he)核(he)燃料的(de)(de)生(sheng)產過程中被用來處(chu)理(li)極其有毒的(de)(de)放射(she)性元(yuan)素，如(ru)鈾和(he)鍶。然而，如(ru)果硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽濃度較高，可能會影響穩定水泥基體的(de)(de)形成，使各(ge)種金(jin)屬加工廢(fei)料難以(yi)長(chang)期處(chu)理(li)。因此，從健康(kang)和(he)環境的(de)(de)角度來看，去除硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽是非常重要的(de)(de)。

　　傳統的去除硝酸(suan)鹽(yan)和亞硝酸(suan)鹽(yan)陰離子(zi)的方(fang)法包括反(fan)滲透、離子(zi)交換、組合膜生物反(fan)應器/粉(fen)末活性炭吸附、生物膜電極反(fan)應器(BER)和BER /吸附過程(cheng)。這些(xie)方(fang)法大多有一些(xie)缺點，如高(gao)資本、高(gao)運營成(cheng)本或污泥處置。

　　未氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)性炭DFT孔徑(jing)分布(bu)。

　　*近，從(cong)廢水中去除硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)的陰離(li)子(zi)，檢(jian)查(cha)了許多低成本的替代吸附(fu)劑。

　　目(mu)前的(de)工作是提高(gao)活(huo)性(xing)炭(tan)去除廢(fei)水中硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽離(li)子(zi)的(de)能(neng)力(li)。為(wei)實現這一目(mu)標，進行了以下研(yan)究：(a)制備和(he)表(biao)征活(huo)性(xing)炭(tan)，(b)在活(huo)性(xing)炭(tan)樣(yang)品中建立硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)根離(li)子(zi)*大吸(xi)附條件，(c)在活(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)評估硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽離(li)子(zi)的(de)動力(li)學和(he)熱力(li)學參(can)數(shu)。

　　活性炭吸附研究：樣(yang)品(pin)選擇(ze)：干燥活(huo)性炭的(de)(de)(de)固定非氧(yang)化(hua)(hua)和氧(yang)化(hua)(hua)（0.1g)和初始(shi)濃度Co = 25mgL -1的(de)(de)(de)原液(ye)的(de)(de)(de)25mL等分試樣(yang)振蕩(dang)(dang)24小時(shi)(shi)。過濾各(ge)種混(hun)合(he)物(wu)(wu)，確(que)定溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)殘留(liu)物(wu)(wu)、硝酸(suan)鹽(yan)和亞硝酸(suan)鹽(yan)含量(liang)(liang)，以了解(jie)平衡時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)影響。通(tong)過稀釋NaOH或(huo)HCl溶(rong)(rong)液(ye)pH從2調整到(dao)11。在(zai)確(que)定平衡時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)批量(liang)(liang)實驗(yan)中(zhong)，我們使用20mL的(de)(de)(de)pH調節溶(rong)(rong)液(ye)和30mg吸附劑(ji)。pH該(gai)值提供(gong)了*大的(de)(de)(de)陰(yin)(yin)離(li)子(zi)(zi)去除率。取50毫克(ke)L的(de)(de)(de)硝酸(suan)鹽(yan)水(shui)溶(rong)(rong)液(ye)20ml的(de)(de)(de)進(jin)行(xing)-1 NO 3 ˉ不同量(liang)(liang)的(de)(de)(de)和碳劑(ji)量(liang)(liang)為200毫克(ke)Ca(HCO存(cun)在(zai)3)20-400毫克(ke)L-1。25振蕩(dang)(dang)時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)作用℃，45℃和55℃24小時(shi)(shi)進(jin)行(xing)。使用離(li)子(zi)(zi)色譜(pu)柱：6.1006.超(chao)濾液(ye)：2000陰(yin)(yin)離(li)子(zi)(zi)柱.5 mmolL-一對苯(ben)二甲酸(suan)，7%乙腈，pH = 4.電導檢(jian)測器測定陰(yin)(yin)離(li)子(zi)(zi)濃度。

　　動力學研究

　　動力學(xue)試驗(yan)研(yan)究了活性炭對陰離子(zi)吸(xi)附(fu)效(xiao)率的(de)影(ying)響(xiang)(NO2-和(he)NO3-氧化活性炭樣品的(de)吸(xi)附(fu)效(xiao)果，50毫(hao)克活性炭和(he)20毫(hao)升(sheng)硝(xiao)(xiao)酸鹽的(de)初始濃度(du)為50毫(hao)升(sheng) mg·L - 1.亞硝(xiao)(xiao)酸鹽濃度(du)為5 mg·L -1的(de)時(shi)間為不同的(de)時(shi)間段，即硝(xiao)(xiao)酸鹽和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸鹽在各種水(shui)產養殖(zhi)和(he)工業廢水(shui)中的(de)濃度(du)水(shui)平]通過(guo)濾紙過(guo)濾懸浮液(ye)，分析殘余(yu)陰離子(zi)濃度(du)。

　　活性炭表征

　　根據(ju)所有元素(su)的(de)百(bai)分比(bi)含(han)(han)量與氧殘留量之(zhi)間的(de)差異，的(de)方法是從元素(su)分析中報告(gao)氧含(han)(han)量值。

　　活性炭表征

　　從元素分(fen)析(xi)中(zhong)(zhong)報告(gao)氧(yang)含量(liang)(liang)(liang)值的(de)(de)常用方法(fa)是基于所有元素的(de)(de)百(bai)分(fen)比含量(liang)(liang)(liang)與氧(yang)殘留量(liang)(liang)(liang)之間(jian)的(de)(de)差(cha)異(yi)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)氧(yang)含量(liang)(liang)(liang)顯著增(zeng)加(jia)（從0開始.92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中(zhong)(zhong)研(yan)究(jiu)了活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)DFT孔(kong)(kong)徑分(fen)布(bu)。給出了表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)(ji)和(he)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)(ji)的(de)(de)結果。顯示了活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)微孔(kong)(kong)性(xing)質。 　　活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)(ji)和(he)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)(ji)增(zeng)加(jia)，孔(kong)(kong)徑分(fen)布(bu)沒有明顯變(bian)化(hua)(hua)。與未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)樣品(pin)(pin)相比，氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)(ji)和(he)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)(ji)分(fen)別增(zeng)加(jia)了約43%和(he)35%。氧(yang)化(hua)(hua)和(he)未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)*大(da)1nm 的(de)(de)微孔(kong)(kong)和(he)2-4nm的(de)(de)中(zhong)(zhong)孔(kong)(kong)。數據還顯示，氧(yang)化(hua)(hua)后毛(mao)孔(kong)(kong)變(bian)寬。微區增(zeng)強，介(jie)孔(kong)(kong)范圍(2-4nm)稍微降低。這可能(neng)是因為從容(rong)納一個(ge)吸附(fu)層(ceng)的(de)(de)孔(kong)(kong)寬到兩(liang)(liang)個(ge)，兩(liang)(liang)個(ge)層(ceng)分(fen)別轉換為三個(ge)。                                                                                                                                                                         吸附(fu)材(cai)料的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)(ji)和(he)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)(ji)。1:未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).二、氧(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).1:未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).二、氧(yang)化(hua)(hua)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).?DFT：分(fen)布(bu)孔(kong)(kong)徑；BET：微孔(kong)(kong)材(cai)料的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)(ji)表(biao)(biao)征

　　兩種吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)分(fen)形(xing)維數(shu)(shu)(D)由Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計算。在(zai)(zai)650℃活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品具有活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)D = 2.1.分(fen)數(shu)(shu)維數(shu)(shu)。這表(biao)(biao)明(ming)(ming)(ming)表(biao)(biao)面(mian)非常(chang)粗(cu)糙或不規則。在(zai)(zai)用Na 2 CO 3表(biao)(biao)面(mian)改性(xing)(xing)時，分(fen)形(xing)維數(shu)(shu)減(jian)少(shao)(D = 2.2)。 　　這表(biao)(biao)明(ming)(ming)(ming)改性(xing)(xing)碳的(de)(de)(de)(de)結構(gou)隨著小晶(jing)粒和交聯結構(gou)的(de)(de)(de)(de)分(fen)解變得(de)更(geng)加(jia)有序(xu)。對于這類試劑(ji)，混合碳的(de)(de)(de)(de)反應性(xing)(xing)大于微晶(jing)碳； 因(yin)此，交聯碳主要被消耗(hao)掉。交聯分(fen)解導致堵塞孔的(de)(de)(de)(de)釋放，從而(er)減(jian)少(shao)增加(jia)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積和孔體積。 　　硬(ying)度對活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)去除(chu)硝酸鹽的(de)(de)(de)(de)影(ying)響 　　共存(cun)離(li)子是(shi)(shi)碳酸氫鈣，通常(chang)在(zai)(zai)地下水中(zhong)發(fa)現，并產生暫時的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度。圖2證明(ming)(ming)(ming)了這一點(dian)(dian)。在(zai)(zai)Ca(HCO 3)2在(zai)(zai)存(cun)在(zai)(zai)下，硝酸鹽的(de)(de)(de)(de)去除(chu)率明(ming)(ming)(ming)顯降低。這些(xie)(xie)物質的(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)作用可以歸因(yin)于NO 3 -和HCO 3 -相同的(de)(de)(de)(de)離(li)子結構(gou)。它們都(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)，而(er)且都(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)N-O和C-O鍵之間的(de)(de)(de)(de)角度相同，等于120℃。可以合理地認為，HCO 3個 ˉ陰離(li)子的(de)(de)(de)(de)競爭(zheng)性(xing)(xing)吸(xi)(xi)附(fu)到相同的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)位點(dian)(dian)RS的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)上。  圖2：使用1：活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)硬(ying)度對去除(chu)硝酸鹽的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。 　　這些(xie)(xie)結果表(biao)(biao)明(ming)(ming)(ming)，由KMnO 改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)比這些(xie)(xie)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)任何一種都(dou)好(hao)得(de)多或更(geng)好(hao)。這可能與(yu)吸(xi)(xi)附(fu)機制(zhi)有關(guan)，包括(kuo)離(li)子交換和絡合。

　　事實上(shang)，開發低成本吸(xi)(xi)附劑是減(jian)少各種(zhong)化(hua)學工藝(yi)產(chan)生的大量廢物和(he)(he)(he)有(you)毒廢水(shui)的主(zhu)要目標之一。從(cong)這個(ge)意義(yi)上(shang)說，高錳(meng)酸(suan)鉀改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭對水(shui)溶液中的硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和(he)(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽有(you)很(hen)好(hao)的吸(xi)(xi)附能力。在(zai)(zai)這個(ge)問題上(shang)，研究了影(ying)響單組(zu)分(fen)體(ti)系中硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和(he)(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽離(li)子去除的因素：溫度(du)，pH值、吸(xi)(xi)附劑濃度(du)和(he)(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)炭劑量。在(zai)(zai)二元(yuan)體(ti)系(NO 3和(he)(he)(he)HCO 3)硬度(du)對硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽去除的抑制(zhi)作用是指NO 3和(he)(he)(he)HCO 在(zai)(zai)同一結(jie)構離(li)子和(he)(he)(he)系統中(NO 3和(he)(he)(he)NO 2)由于(yu)競爭效應，硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽吸(xi)(xi)附受到抑制(zhi)，亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽吸(xi)(xi)附受到協同吸(xi)(xi)附的促進。NOM當存(cun)在(zai)(zai)或不存(cun)在(zai)(zai)時(shi)，吸(xi)(xi)附能力相似(si)，表明硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽對碳表面的親和(he)(he)(he)力強于(yu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和(he)(he)(he)NOM的吸(xi)(xi)附。