活性炭去除氟化物

　　用鋯浸漬(zi)或沉淀(IV)氟(fu)吸(xi)附(fu)通常(chang)在(zai)(zai)(zai)改性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)時得到改善。這(zhe)(zhe)些雜(za)化(hua)吸(xi)附(fu)劑可以(yi)通過(guo)控制浸漬(zi)條(tiao)件(jian)來改善，這(zhe)(zhe)已經確定Zr組裝和(he)分(fen)散在(zai)(zai)(zai)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面。活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)(zai)這(zhe)(zhe)里使(shi)用Zr(IV)與(yu)草酸(OA)共同改性(xing)(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯分(fen)散體*大化(hua)，增(zeng)強氟(fu)化(hua)物吸(xi)附(fu)。吸(xi)附(fu)實(shi)驗在(zai)(zai)(zai)pH7和(he)25℃氟(fu)濃度為40 mg L -1。活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)經過(guo)OA / Zr氟(fu)化(hua)物吸(xi)附(fu)的(de)(de)*佳(jia)條(tiao)件(jian)是改性(xing)(xing)(xing)(xing)。電(dian)位滴(di)定顯示，改性(xing)(xing)(xing)(xing)后的(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(鋯改性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan))在(zai)(zai)(zai)pH正電(dian)荷低于7，分(fen)析表明鋯離子主要與(yu)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面的(de)(de)羧基(ji)相互作用。

　　此外，氟化物(wu)可以存(cun)在于飲(yin)用(yong)(yong)水中，約0.7毫克(ke)(ke)L -1的水平被認為是有益的，但(dan)如果超過1.5毫克(ke)(ke)L -1則有害(hai)。飲(yin)用(yong)(yong)水或(huo)地(di)下水(飲(yin)用(yong)(yong)水的主要來源之一(yi))攝入高氟化物(wu)濃(nong)度會造成危害(hai)，嚴重時會導(dao)致氟中毒(du)(牙齒和(he)骨骼異常)或(huo)神經損傷。氟化物(wu)濃(nong)度，*多30毫克(ke)(ke)的L -世界上許多地(di)區(qu)都能找(zhao)到地(di)下水，而且(qie)它(ta)至少存(cun)在于25個國家。

　　許多(duo)研究集中在從水(shui)溶液中去除氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)工程的吸附(fu)劑，包括氧(yang)化(hua)鋁(lv)、粘土、礦物(wu)(wu)(wu)(wu)質和植物(wu)(wu)(wu)(wu)、活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)和納米(mi)管(guan) ，稀有氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)(wu)(wu)和樹脂。還知道，一些(xie)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁(lv)、鋯(gao)(gao)或(huo)鈦(tai)，可以顯著增加氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)的吸附(fu)能(neng)(neng)力。活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)具(ju)有天然(ran)（未改性）的巨(ju)大表(biao)面(mian)積(ji)，是(shi)水(shui)中氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)的優良(liang)吸附(fu)劑，但能(neng)(neng)提(ti)(ti)供穩定(ding)的支持，實現強(qiang)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)吸附(fu)劑金(jin)屬(shu)(shu)(shu)相的高分(fen)散，抑制這(zhe)些(xie)活(huo)性金(jin)屬(shu)(shu)(shu)顆粒的燒結(jie)或(huo)體積(ji)沉淀。當這(zhe)種活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)材料(liao)使用(yong)鋯(gao)(gao)鋯(gao)(gao)時(shi)(IV)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)絡(luo)合物(wu)(wu)(wu)(wu)浸漬時(shi)，吸附(fu)能(neng)(neng)力提(ti)(ti)高了3-5倍 。提(ti)(ti)高氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)吸附(fu)能(neng)(neng)力的關鍵(jian)因素是(shi)控制活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)積(ji)和負載金(jin)屬(shu)(shu)(shu)相的尺寸分(fen)布。還能(neng)(neng)抑制這(zhe)些(xie)活(huo)性金(jin)屬(shu)(shu)(shu)顆粒的燒結(jie)或(huo)體積(ji)沉淀。

　　一(yi)些研(yan)(yan)究已(yi)經集中(zhong)在裝載鋯上(IV)金(jin)屬(shu)(shu)鹽溶液通過(guo)浸漬(zi)或(huo)(huo)沉淀(dian)轉化為幾種(zhong)吸附(fu)(fu)劑(ji)。雖然(ran)這種(zhong)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)操作很簡單，但由(you)于(yu)(yu)pH，離(li)子(zi)強度(du)存在或(huo)(huo)已(yi)知會影響(xiang)離(li)子(zi)強度(du)Zr(IV)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)聚(ju)集和重組的(de)(de)(de)其他因(yin)素的(de)(de)(de)影響(xiang)，難以理解(jie)和優(you)化。在許多情況(kuang)下，由(you)于(yu)(yu)平均尺(chi)寸范圍(wei)為納(na)米至微米，吸附(fu)(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)特定面積(ji)為Zr在常規合(he)(he)(he)(he)成(cheng)中(zhong)，顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)孔堵塞并下降，不受控制(zhi)。我們認(ren)為，在合(he)(he)(he)(he)成(cheng)過(guo)程中(zhong)結合(he)(he)(he)(he)粒(li)(li)(li)子(zi)表面或(huo)(huo)核(he)的(de)(de)(de)絡(luo)合(he)(he)(he)(he)（或(huo)(huo)螯合(he)(he)(he)(he)）配(pei)體，有(you)(you)助于(yu)(yu)控制(zhi)分散金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)生(sheng)長和*終粒(li)(li)(li)度(du)分布。有(you)(you)機酸(suan)(suan)已(yi)被證明處(chu)于(yu)(yu)成(cheng)核(he)和聚(ju)合(he)(he)(he)(he)階段(duan)。該方法尚未系(xi)統(tong)(tong)地用(yong)于(yu)(yu)包含(han)Zr納(na)米顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)負載在活性(xing)炭等碳(tan)表面，因(yin)此采用(yong)高(gao)機械強度(du)、優(you)良的(de)(de)(de)流通系(xi)統(tong)(tong)滲透(tou)性(xing)和高(gao)活性(xing)炭表面，用(yong)于(yu)(yu)飲用(yong)水系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)脫氟(fu)(fu)過(guo)程。本(ben)研(yan)(yan)究的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是利(li)用(yong)草酸(suan)(suan)作為浸漬(zi)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)復合(he)(he)(he)(he)配(pei)體來控制(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)粒(li)(li)(li)徑，提出可能(neng)的(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)(fu)機制(zhi)，提高(gao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)活性(xing)炭的(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)(fu)能(neng)力。

　　鋯改性用于(yu)活性炭

　　根據考慮了(le)Zr(IV)/有(you)機封端劑(ji)(Zr / OA)在實驗設計中，采用(yong)鋯(gao)(gao)浸(jin)(jin)漬(zi)活(huo)性炭，以確定(ding)具(ju)有(you)*高氟吸附(fu)能力的(de)(de)(de)吸附(fu)劑(ji)。添加活(huo)性炭Zr 2  ?15 %的(de)(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中。然(ran)后(hou)，將(jiang)浸(jin)(jin)漬(zi)活(huo)性炭和(he)(he)10mL的(de)(de)(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)(de)(de)草酸溶(rong)液(ye)混(hun)合1天，然(ran)后(hou)過濾、漂洗和(he)(he)60%℃干燥12小時。由此產生的(de)(de)(de)浸(jin)(jin)漬(zi)活(huo)性炭稱(cheng)為ZrOx-AC。將(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)中，獲得的(de)(de)(de)材料是鋯(gao)(gao)改性活(huo)性炭。所有(you)浸(jin)(jin)漬(zi)過程均為25℃進行。

　　活性(xing)炭吸附氟化物(wu)機理(li)

　　這(zhe)里(li)使用(yong)的(de)(de)多種光譜技術與(yu)(yu)電(dian)位滴(di)定(ding)提供(gong)了(le)關(guan)于Zr-活(huo)性(xing)炭浸漬(zi)草(cao)酸(ZrOx-AC)氟(fu)(fu)化(hua)物吸附過程中有價值(zhi)的(de)(de)信息。光譜分析確定(ding)了(le)商業活(huo)性(xing)炭(F400)參(can)與(yu)(yu)氟(fu)(fu)化(hua)物吸收Zr(IV)主要(yao)的(de)(de)離子錨定(ding)官能團。此外，這(zhe)些分析有助于確定(ding)碳表面氟(fu)(fu)氧(yang)化(hua)鋯的(de)(de)類(lei)型。

　　因此，根據(ju)本研究中的(de)所有證據(ju)，可(ke)以假設氟吸附機制（上圖）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)水解Zr(IV)-COOH通過(guo)靜電相(xiang)互(hu)作用形(xing)成(cheng)形(xing)成(cheng)CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能形(xing)成(cheng)四(si)面(mian)體(ti)和八面(mian)體(ti)的(de)聚合物結構。因此，可(ke)以提出活性炭表(biao)面(mian)氧官(guan)能度的(de)**相(xiang)互(hu)作用，見(jian)圖。

　　簡(jian)而言(yan)之，表示活性(xing)炭Zr在(zai)混合過程中(zhong)加(jia)入草酸可以使氟(fu)(fu)吸附簡(jian)單Zr摻雜的(de)(de)(de)AC下(xia)以1.05的(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們(men)的(de)(de)(de)工作(zuo)表明，增強機制(zhi)(zhi)(zhi)涉(she)及Zr離(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)OA它控制(zhi)(zhi)(zhi)成核，限制(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)常規方法中(zhong)Zr分(fen)散的(de)(de)(de)ZrO 二顆(ke)粒的(de)(de)(de)生長。鋯(gao)活性(xing)表面(mian)積增加(jia)，與(yu)活性(xing)炭表面(mian)位(wei)點有(you)關OA分(fen)子(zi)(zi)(zi)復合物(wu)的(de)(de)(de)形式留下(xia)了(le)一些高活性(xing)Zr。*后，從(cong)Zr-羥(qian)基(ji)交換在(zai)草酸鹽(yan)的(de)(de)(de)表面(mian)位(wei)置(zhi)Zr = O氟(fu)(fu)離(li)子(zi)(zi)(zi)與(yu)鋯(gao)離(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)正電荷相(xiang)互作(zuo)用。