活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯(gao)(gao)浸漬(zi)或沉淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)附通(tong)常(chang)在(zai)改(gai)(gai)(gai)性活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)時得到改(gai)(gai)(gai)善(shan)。這(zhe)些雜化(hua)(hua)(hua)吸(xi)附劑(ji)可以通(tong)過(guo)控(kong)制(zhi)浸漬(zi)條件來改(gai)(gai)(gai)善(shan)，這(zhe)已(yi)經確定Zr組裝和分散(san)在(zai)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)表面(mian)。活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)在(zai)這(zhe)里使用(yong)Zr(IV)與(yu)草(cao)酸(suan)(OA)共同改(gai)(gai)(gai)性，使鋯(gao)(gao)分散(san)體*大(da)化(hua)(hua)(hua)，增強氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)吸(xi)附。吸(xi)附實驗在(zai)pH7和25℃氟(fu)(fu)濃度為40 mg L -1。活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)經過(guo)OA / Zr氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)吸(xi)附的*佳(jia)條件是改(gai)(gai)(gai)性。電位(wei)滴定顯(xian)示，改(gai)(gai)(gai)性后的活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(鋯(gao)(gao)改(gai)(gai)(gai)性活(huo)(huo)(huo)性炭(tan))在(zai)pH正(zheng)電荷低于7，分析表明鋯(gao)(gao)離(li)子主要(yao)與(yu)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)表面(mian)的羧(suo)基(ji)相互作用(yong)。

　　此外，氟(fu)化物(wu)可以存(cun)(cun)在于(yu)飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)中，約0.7毫克L -1的(de)(de)水(shui)平(ping)被認為(wei)是有(you)益的(de)(de)，但如果超過1.5毫克L -1則有(you)害(hai)。飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)或地(di)(di)下水(shui)(飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)的(de)(de)主(zhu)要來源之一)攝入高氟(fu)化物(wu)濃度(du)會造成(cheng)危害(hai)，嚴重(zhong)時(shi)會導致氟(fu)中毒(du)(牙齒和骨骼異(yi)常(chang))或神經損(sun)傷。氟(fu)化物(wu)濃度(du)，*多30毫克的(de)(de)L -世界上(shang)許(xu)多地(di)(di)區都能找到地(di)(di)下水(shui)，而(er)且它(ta)至(zhi)少存(cun)(cun)在于(yu)25個國家。

　　許多研究集中(zhong)在從水(shui)(shui)溶液中(zhong)去除氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)工程的吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)，包括氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋁、粘土、礦物(wu)(wu)(wu)質和植物(wu)(wu)(wu)、活性炭(tan)和納米管 ，稀有氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)(wu)和樹脂。還知道，一些金(jin)屬(shu)(shu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或(huo)鈦，可以顯著增加氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力。活性炭(tan)具有天(tian)然（未改(gai)性）的巨(ju)大表面積(ji)，是水(shui)(shui)中(zhong)氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的優良(liang)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)，但能(neng)提(ti)(ti)供(gong)穩定的支持，實現(xian)強氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)金(jin)屬(shu)(shu)相的高分(fen)散，抑制這(zhe)些活性金(jin)屬(shu)(shu)顆粒的燒結或(huo)體(ti)(ti)積(ji)沉淀。當這(zhe)種活性炭(tan)材料使用鋯(gao)鋯(gao)時(shi)(IV)金(jin)屬(shu)(shu)絡合物(wu)(wu)(wu)浸漬時(shi)，吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力提(ti)(ti)高了3-5倍 。提(ti)(ti)高氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能(neng)力的關(guan)鍵因素是控(kong)制活性炭(tan)表面積(ji)和負載(zai)金(jin)屬(shu)(shu)相的尺(chi)寸分(fen)布。還能(neng)抑制這(zhe)些活性金(jin)屬(shu)(shu)顆粒的燒結或(huo)體(ti)(ti)積(ji)沉淀。

　　一些研(yan)究已經集(ji)中在裝載鋯上(shang)(IV)金屬鹽溶液通(tong)過浸漬或(huo)沉淀轉化為幾種吸附(fu)(fu)劑。雖然這種合(he)(he)成(cheng)操作(zuo)很簡(jian)單(dan)，但由于(yu)pH，離子(zi)(zi)(zi)強(qiang)度存在或(huo)已知會(hui)影(ying)響離子(zi)(zi)(zi)強(qiang)度Zr(IV)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)聚集(ji)和(he)重組的(de)(de)(de)(de)其他因素(su)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，難以理解和(he)優(you)化。在許多(duo)情況下(xia)，由于(yu)平均(jun)尺(chi)寸范圍(wei)為納(na)米至微米，吸附(fu)(fu)劑的(de)(de)(de)(de)特定面(mian)積為Zr在常規合(he)(he)成(cheng)中，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)孔堵塞并下(xia)降(jiang)，不受(shou)控(kong)制(zhi)。我們認為，在合(he)(he)成(cheng)過程中結合(he)(he)粒(li)子(zi)(zi)(zi)表面(mian)或(huo)核的(de)(de)(de)(de)絡合(he)(he)（或(huo)螯合(he)(he)）配體，有助(zhu)于(yu)控(kong)制(zhi)分散(san)金屬的(de)(de)(de)(de)生(sheng)長(chang)和(he)*終粒(li)度分布(bu)。有機(ji)酸(suan)已被證明處于(yu)成(cheng)核和(he)聚合(he)(he)階段。該方(fang)法尚未系(xi)統地用(yong)于(yu)包含Zr納(na)米顆(ke)(ke)(ke)粒(li)負載在活(huo)性(xing)(xing)炭等碳表面(mian)，因此采(cai)用(yong)高(gao)機(ji)械強(qiang)度、優(you)良(liang)的(de)(de)(de)(de)流通(tong)系(xi)統滲透性(xing)(xing)和(he)高(gao)活(huo)性(xing)(xing)炭表面(mian)，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系(xi)統的(de)(de)(de)(de)脫氟(fu)(fu)過程。本研(yan)究的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)利用(yong)草酸(suan)作(zuo)為浸漬過程中的(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)配體來控(kong)制(zhi)含量(liang)Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)粒(li)徑(jing)，提出可能的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)(fu)機(ji)制(zhi)，提高(gao)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)(fu)能力。

　　鋯改性(xing)用于活性(xing)炭

　　根據考慮了Zr(IV)/有(you)機封端劑(ji)(Zr / OA)在實驗設計中，采用鋯浸漬活(huo)(huo)性炭，以確定具有(you)*高(gao)氟吸附能(neng)力的(de)吸附劑(ji)。添加(jia)活(huo)(huo)性炭Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)(ye)中。然(ran)后，將浸漬活(huo)(huo)性炭和(he)10mL的(de)0.01-12.將2%的(de)草酸溶(rong)液(ye)(ye)混合(he)1天(tian)，然(ran)后過濾、漂洗和(he)60%℃干燥12小時(shi)。由(you)此產生(sheng)的(de)浸漬活(huo)(huo)性炭稱為(wei)ZrOx-AC。將F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)(ye)中，獲(huo)得的(de)材料是鋯改性活(huo)(huo)性炭。所有(you)浸漬過程均為(wei)25℃進行。

　　活(huo)性(xing)炭吸(xi)附氟化物機理

　　這里(li)使用的(de)多種光(guang)譜(pu)技術與(yu)電位滴定(ding)提供(gong)了(le)關于(yu)Zr-活(huo)性炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟化(hua)物吸附過程中有價值(zhi)的(de)信息。光(guang)譜(pu)分析(xi)確定(ding)了(le)商業(ye)活(huo)性炭(F400)參(can)與(yu)氟化(hua)物吸收Zr(IV)主要(yao)的(de)離子錨定(ding)官(guan)能團。此外(wai)，這些分析(xi)有助于(yu)確定(ding)碳表面氟氧化(hua)鋯的(de)類型。

　　因(yin)(yin)此，根(gen)據(ju)本研(yan)究中的所有(you)證(zheng)據(ju)，可以假設氟吸附(fu)機制(zhi)（上圖(tu)）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或(huo)[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解Zr(IV)-COOH通過(guo)靜電(dian)相互作(zuo)用形成形成CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能(neng)形成四面體(ti)和八面體(ti)的聚合物結構。因(yin)(yin)此，可以提出活性炭(tan)表面氧官能(neng)度的**相互作(zuo)用，見圖(tu)。

　　簡而言之，表(biao)(biao)示活(huo)性(xing)(xing)炭Zr在混合過程中(zhong)加入(ru)草(cao)酸(suan)可以使氟(fu)吸(xi)附簡單Zr摻雜的(de)AC下(xia)以1.05的(de)*佳Zr / OA比提(ti)高3倍。我們的(de)工作(zuo)表(biao)(biao)明，增強機(ji)制涉及Zr離子的(de)OA它控制成核，限制在常規方(fang)法中(zhong)Zr分散(san)的(de)ZrO 二顆粒的(de)生長(chang)。鋯活(huo)性(xing)(xing)表(biao)(biao)面積增加，與(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面位(wei)點有關OA分子復(fu)合物的(de)形式(shi)留下(xia)了一些(xie)高活(huo)性(xing)(xing)Zr。*后，從Zr-羥基(ji)交換在草(cao)酸(suan)鹽(yan)的(de)表(biao)(biao)面位(wei)置Zr = O氟(fu)離子與(yu)鋯離子的(de)正電荷相互(hu)作(zuo)用(yong)。