活(huo)性炭去除污(wu)水中的亞(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽

　　活性(xing)炭去除廢水中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硝酸(suan)(suan)根(gen)(gen)和(he)亞硝酸(suan)(suan)根(gen)(gen)陰離子，氮(N)是(shi)(shi)所有(you)生物的(de)(de)(de)(de)基本要素。氮以(yi)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)態存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)NH 4  ( - 3)。其中(zhong)，NO 3 -，NO 2 -和(he)NH 4  ( - 3)更受關(guan)注，因為它們易溶于水，對人體(ti)健(jian)康(kang)有(you)毒(du)。農業(ye)(ye)施肥等非點源硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)污(wu)染(ran)地(di)下水和(he)地(di)表水已成為工業(ye)(ye)和(he)發(fa)(fa)展中(zhong)國家日益嚴(yan)重的(de)(de)(de)(de)環境(jing)問題。硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)污(wu)染(ran)是(shi)(shi)由于硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)肥料的(de)(de)(de)(de)廣泛使用(yong)和(he)人類和(he)動物廢物處(chu)理不(bu)善或未經處(chu)理而發(fa)(fa)生的(de)(de)(de)(de)。硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)是(shi)(shi)許(xu)多(duo)工業(ye)(ye)過程的(de)(de)(de)(de)副產品，包括生產造紙(zhi)、硝基有(you)機化(hua)合物和(he)藥物化(hua)合物。亞硝胺致癌的(de)(de)(de)(de)前(qian)兆是(shi)(shi)地(di)下水硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)濃度的(de)(de)(de)(de)增加。由于這(zhe)些原(yuan)因，歐盟(meng)限(xian)制了飲用(yong)水中(zhong)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)亞硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)濃度。

　　亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)和(he)(he)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)也是(shi)存在于更(geng)多放(fang)射(she)(she)性(xing)廢物中(zhong)的非放(fang)射(she)(she)性(xing)廢物； 硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)在核武器和(he)(he)核燃(ran)料(liao)的生產過程(cheng)中(zhong)被用來處理極其有毒的放(fang)射(she)(she)性(xing)元素，如鈾和(he)(he)鍶。然而(er)，如果硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)濃度較高，可能(neng)會影響穩定水泥(ni)基體的形成，使各(ge)種金屬(shu)加工廢料(liao)難以長期處理。因此(ci)，從(cong)健康和(he)(he)環境的角度來看，去除硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)是(shi)非常(chang)重要的。

　　傳統(tong)的(de)去除硝酸鹽和亞硝酸鹽陰(yin)離(li)子的(de)方法(fa)包括(kuo)反滲(shen)透、離(li)子交換、組合膜生物反應器/粉末活(huo)性炭吸附(fu)、生物膜電極反應器(BER)和BER /吸附(fu)過程。這(zhe)些方法(fa)大多有(you)一些缺(que)點，如高資本、高運(yun)營成本或污泥處置。

　　未(wei)氧(yang)化氧(yang)化活(huo)性炭DFT孔徑分布。

　　*近，從廢水中去除硝酸(suan)鹽(yan)和亞硝酸(suan)鹽(yan)的(de)陰(yin)離子，檢(jian)查了許多低成(cheng)本的(de)替代吸附劑。

　　目(mu)前的(de)工作是(shi)提高活(huo)性炭(tan)去(qu)除(chu)廢(fei)水中硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽離(li)子的(de)能力(li)。為實(shi)現這一(yi)目(mu)標，進行了以下研究：(a)制備和表征活(huo)性炭(tan)，(b)在活(huo)性炭(tan)樣品(pin)中建立(li)硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸根(gen)離(li)子*大(da)吸(xi)附條件(jian)，(c)在活(huo)性炭(tan)上評(ping)估硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽離(li)子的(de)動力(li)學和熱力(li)學參數。

　　活性炭吸附研究：樣品選擇：干燥活性炭的(de)(de)(de)(de)固定(ding)非氧化(hua)和(he)氧化(hua)（0.1g)和(he)初始濃(nong)度Co = 25mgL -1的(de)(de)(de)(de)原液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)25mL等分(fen)試樣振蕩(dang)24小(xiao)(xiao)時。過(guo)濾各種混(hun)合物，確定(ding)溶液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)殘留物、硝酸(suan)鹽(yan)和(he)亞硝酸(suan)鹽(yan)含量，以(yi)了解(jie)平衡時間的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。通過(guo)稀釋NaOH或HCl溶液(ye)(ye)pH從(cong)2調(diao)整到11。在確定(ding)平衡時間的(de)(de)(de)(de)批量實驗(yan)中(zhong)，我們使用(yong)20mL的(de)(de)(de)(de)pH調(diao)節(jie)溶液(ye)(ye)和(he)30mg吸附劑(ji)。pH該值提供(gong)了*大的(de)(de)(de)(de)陰(yin)離(li)(li)子(zi)去除率。取50毫克(ke)L的(de)(de)(de)(de)硝酸(suan)鹽(yan)水溶液(ye)(ye)20ml的(de)(de)(de)(de)進(jin)行-1 NO 3 ˉ不同量的(de)(de)(de)(de)和(he)碳(tan)劑(ji)量為200毫克(ke)Ca(HCO存在3)20-400毫克(ke)L-1。25振蕩(dang)時間的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)℃，45℃和(he)55℃24小(xiao)(xiao)時進(jin)行。使用(yong)離(li)(li)子(zi)色譜柱(zhu)：6.1006.超(chao)濾液(ye)(ye)：2000陰(yin)離(li)(li)子(zi)柱(zhu).5 mmolL-一(yi)對苯二甲酸(suan)，7%乙(yi)腈，pH = 4.電導檢測(ce)器測(ce)定(ding)陰(yin)離(li)(li)子(zi)濃(nong)度。

　　動力學研究

　　動力學試驗研究(jiu)了活(huo)性(xing)炭對陰離子吸附效率的(de)影響(NO2-和NO3-氧化(hua)活(huo)性(xing)炭樣品的(de)吸附效果，50毫(hao)克活(huo)性(xing)炭和20毫(hao)升硝(xiao)酸鹽的(de)初始濃度為50毫(hao)升 mg·L - 1.亞(ya)硝(xiao)酸鹽濃度為5 mg·L -1的(de)時間為不同的(de)時間段(duan)，即(ji)硝(xiao)酸鹽和亞(ya)硝(xiao)酸鹽在(zai)各(ge)種水(shui)產(chan)養殖和工業廢水(shui)中(zhong)的(de)濃度水(shui)平(ping)]通過濾(lv)紙過濾(lv)懸(xuan)浮液，分析殘余陰離子濃度。

　　活性炭表征

　　根據所有(you)元(yuan)素的(de)百分(fen)(fen)比含(han)量與氧(yang)殘留量之(zhi)間的(de)差異，的(de)方法是從(cong)元(yuan)素分(fen)(fen)析(xi)中(zhong)報告(gao)氧(yang)含(han)量值。

　　活性炭表征

　　從元素分(fen)析中報告氧(yang)含量(liang)值的(de)(de)(de)常用方法是基于所有元素的(de)(de)(de)百分(fen)比(bi)含量(liang)與氧(yang)殘留量(liang)之間的(de)(de)(de)差異。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)氧(yang)含量(liang)顯著增(zeng)加(jia)（從0開始(shi).92至5.7%)。                                                                                                       　　圖(tu)中研(yan)究了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)DFT孔(kong)(kong)(kong)徑(jing)分(fen)布(bu)。給出了表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)的(de)(de)(de)結果(guo)。顯示(shi)了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)性(xing)(xing)質。 　　活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)和表(biao)面(mian)(mian)積(ji)增(zeng)加(jia)，孔(kong)(kong)(kong)徑(jing)分(fen)布(bu)沒有明顯變化。與未(wei)氧(yang)化碳(tan)樣品(pin)(pin)相(xiang)比(bi)，氧(yang)化碳(tan)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)分(fen)別(bie)增(zeng)加(jia)了約43%和35%。氧(yang)化和未(wei)氧(yang)化活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)*大1nm 的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)和2-4nm的(de)(de)(de)中孔(kong)(kong)(kong)。數據還(huan)顯示(shi)，氧(yang)化后毛孔(kong)(kong)(kong)變寬。微(wei)區增(zeng)強，介孔(kong)(kong)(kong)范圍(2-4nm)稍微(wei)降低。這可(ke)能是因(yin)為從容納一個(ge)吸附層(ceng)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)寬到兩個(ge)，兩個(ge)層(ceng)分(fen)別(bie)轉換為三(san)個(ge)。                                                                                                                                                                         吸附材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)。1:未(wei)氧(yang)化活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).二、氧(yang)化活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).1:未(wei)氧(yang)化活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).二、氧(yang)化活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin).?DFT：分(fen)布(bu)孔(kong)(kong)(kong)徑(jing)；BET：微(wei)孔(kong)(kong)(kong)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)表(biao)征

　　兩種(zhong)吸(xi)附劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分形維數(shu)(D)由Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計算(suan)。在650℃活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品具有(you)(you)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)D = 2.1.分數(shu)維數(shu)。這(zhe)表(biao)明(ming)(ming)(ming)(ming)(ming)表(biao)面(mian)非(fei)常粗糙(cao)或不規則。在用(yong)Na 2 CO 3表(biao)面(mian)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)時，分形維數(shu)減少(shao)(D = 2.2)。 　　這(zhe)表(biao)明(ming)(ming)(ming)(ming)(ming)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構隨著小(xiao)晶粒和(he)(he)(he)交聯結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分解變得(de)更(geng)(geng)加有(you)(you)序。對于這(zhe)類(lei)試劑，混合碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)反應性(xing)(xing)(xing)大于微晶碳(tan)； 因此(ci)，交聯碳(tan)主要被消耗掉。交聯分解導致(zhi)堵塞孔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)釋放，從而(er)減少(shao)增(zeng)加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)積和(he)(he)(he)孔體積。 　　硬(ying)度對活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)去除硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang) 　　共(gong)存離(li)子(zi)是(shi)(shi)碳(tan)酸(suan)氫鈣，通(tong)常在地下(xia)水中(zhong)發現，并產(chan)生暫時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)度。圖2證明(ming)(ming)(ming)(ming)(ming)了這(zhe)一點。在Ca(HCO 3)2在存在下(xia)，硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除率明(ming)(ming)(ming)(ming)(ming)顯(xian)降(jiang)低。這(zhe)些物質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)作(zuo)用(yong)可以歸因于NO 3 -和(he)(he)(he)HCO 3 -相同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)結構。它們都是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)且都是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N-O和(he)(he)(he)C-O鍵之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度相同，等于120℃。可以合理地認為(wei)，HCO 3個 ˉ陰離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)競爭(zheng)性(xing)(xing)(xing)吸(xi)附到(dao)相同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)位點RS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)上。  圖2：使用(yong)1：活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)硬(ying)度對去除硝酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。 　　這(zhe)些結果(guo)表(biao)明(ming)(ming)(ming)(ming)(ming)，由KMnO 改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)比這(zhe)些吸(xi)附劑中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)任何一種(zhong)都好得(de)多或更(geng)(geng)好。這(zhe)可能與吸(xi)附機制(zhi)有(you)(you)關，包(bao)括離(li)子(zi)交換和(he)(he)(he)絡合。

　　事實上，開(kai)發低(di)成(cheng)本(ben)吸附(fu)(fu)(fu)劑是(shi)(shi)減少(shao)各種化學工藝產生的(de)(de)大量廢(fei)物和(he)有毒廢(fei)水(shui)的(de)(de)主要(yao)目標之一。從(cong)這個意義上說，高錳酸(suan)(suan)(suan)鉀(jia)改性活性炭(tan)對(dui)(dui)(dui)水(shui)溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)和(he)亞硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)有很(hen)好的(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)能力。在(zai)這個問題上，研(yan)究了影(ying)響單組分體(ti)系中(zhong)(zhong)硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)和(he)亞硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)離子去除的(de)(de)因素：溫(wen)度(du)，pH值(zhi)、吸附(fu)(fu)(fu)劑濃度(du)和(he)活性炭(tan)劑量。在(zai)二元體(ti)系(NO 3和(he)HCO 3)硬(ying)度(du)對(dui)(dui)(dui)硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)去除的(de)(de)抑(yi)制作用是(shi)(shi)指NO 3和(he)HCO 在(zai)同(tong)一結構離子和(he)系統(tong)中(zhong)(zhong)(NO 3和(he)NO 2)由(you)于競爭效應(ying)，硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)吸附(fu)(fu)(fu)受到(dao)抑(yi)制，亞硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)吸附(fu)(fu)(fu)受到(dao)協同(tong)吸附(fu)(fu)(fu)的(de)(de)促進。NOM當存在(zai)或(huo)不存在(zai)時，吸附(fu)(fu)(fu)能力相似(si)，表(biao)明硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)對(dui)(dui)(dui)碳(tan)表(biao)面的(de)(de)親(qin)和(he)力強于硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)和(he)NOM的(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)。