活性炭去除氟化物

　　用(yong)(yong)鋯浸(jin)漬或沉(chen)淀(IV)氟吸(xi)附通常在(zai)改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)時得到改善(shan)。這些雜化(hua)(hua)吸(xi)附劑可以通過(guo)控制浸(jin)漬條件來(lai)改善(shan)，這已經(jing)確定(ding)Zr組裝和(he)分散(san)在(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)這里使用(yong)(yong)Zr(IV)與草酸(OA)共同改性(xing)(xing)，使鋯分散(san)體*大(da)化(hua)(hua)，增強氟化(hua)(hua)物(wu)吸(xi)附。吸(xi)附實驗(yan)在(zai)pH7和(he)25℃氟濃度為40 mg L -1。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)經(jing)過(guo)OA / Zr氟化(hua)(hua)物(wu)吸(xi)附的*佳(jia)條件是改性(xing)(xing)。電(dian)位滴定(ding)顯示，改性(xing)(xing)后(hou)的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(鋯改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan))在(zai)pH正(zheng)電(dian)荷低于7，分析表明鋯離子主要(yao)與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面(mian)的羧基相互作用(yong)(yong)。

　　此外，氟(fu)化物(wu)可以存(cun)(cun)在于(yu)飲(yin)用(yong)水中(zhong)(zhong)，約0.7毫(hao)克(ke)L -1的水平被認為是有(you)益的，但如果超過(guo)1.5毫(hao)克(ke)L -1則有(you)害。飲(yin)用(yong)水或(huo)地(di)下(xia)水(飲(yin)用(yong)水的主要來源之一)攝(she)入高氟(fu)化物(wu)濃(nong)度(du)會造成(cheng)危害，嚴重時(shi)會導致氟(fu)中(zhong)(zhong)毒(牙齒和骨骼異常)或(huo)神經損(sun)傷。氟(fu)化物(wu)濃(nong)度(du)，*多30毫(hao)克(ke)的L -世(shi)界上許多地(di)區都能找到地(di)下(xia)水，而且它至少存(cun)(cun)在于(yu)25個國家。

　　許(xu)多研究集中(zhong)(zhong)在從水溶液(ye)中(zhong)(zhong)去除氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)工程(cheng)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)劑，包括氧化(hua)鋁、粘土、礦物(wu)(wu)質(zhi)和植(zhi)物(wu)(wu)、活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和納米管 ，稀有氧化(hua)物(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)和樹脂(zhi)。還知(zhi)道(dao)，一些金(jin)屬(shu)氧化(hua)物(wu)(wu)，如鐵、錳(meng)、蘭(lan)、鋁、鋯(gao)(gao)或鈦，可以顯著增加氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)能力。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)具有天然（未改性(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表(biao)面(mian)積(ji)(ji)，是水中(zhong)(zhong)氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)優(you)良吸(xi)附(fu)劑，但能提供穩(wen)定的(de)(de)(de)支持，實現(xian)強氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)吸(xi)附(fu)劑金(jin)屬(shu)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)高分(fen)散，抑制(zhi)(zhi)(zhi)這(zhe)些活(huo)性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒(li)的(de)(de)(de)燒結或體(ti)積(ji)(ji)沉淀。當(dang)這(zhe)種(zhong)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料(liao)使(shi)用鋯(gao)(gao)鋯(gao)(gao)時(IV)金(jin)屬(shu)絡(luo)合物(wu)(wu)浸(jin)漬時，吸(xi)附(fu)能力提高了3-5倍 。提高氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)(wu)吸(xi)附(fu)能力的(de)(de)(de)關鍵(jian)因素是控制(zhi)(zhi)(zhi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)積(ji)(ji)和負載金(jin)屬(shu)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)尺寸分(fen)布。還能抑制(zhi)(zhi)(zhi)這(zhe)些活(huo)性(xing)(xing)金(jin)屬(shu)顆粒(li)的(de)(de)(de)燒結或體(ti)積(ji)(ji)沉淀。

　　一些研(yan)究(jiu)已經集(ji)中(zhong)在裝載鋯上(shang)(IV)金屬鹽溶液(ye)通(tong)過(guo)浸(jin)漬(zi)或(huo)(huo)沉淀轉化為(wei)幾種吸(xi)附(fu)(fu)劑。雖然(ran)這種合成操作(zuo)很(hen)簡單，但由于(yu)pH，離子強度存在或(huo)(huo)已知(zhi)會影(ying)響離子強度Zr(IV)顆粒(li)(li)的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)集(ji)和(he)(he)重組的(de)(de)(de)其(qi)他因素的(de)(de)(de)影(ying)響，難以(yi)理(li)解和(he)(he)優(you)(you)化。在許多(duo)情況下(xia)，由于(yu)平(ping)均尺(chi)寸范圍為(wei)納米(mi)(mi)(mi)至(zhi)微米(mi)(mi)(mi)，吸(xi)附(fu)(fu)劑的(de)(de)(de)特(te)定(ding)面積為(wei)Zr在常規合成中(zhong)，顆粒(li)(li)孔堵塞并下(xia)降，不受控(kong)制。我(wo)們認為(wei)，在合成過(guo)程中(zhong)結合粒(li)(li)子表面或(huo)(huo)核(he)的(de)(de)(de)絡合（或(huo)(huo)螯合）配體，有助(zhu)于(yu)控(kong)制分散金屬的(de)(de)(de)生長和(he)(he)*終(zhong)粒(li)(li)度分布。有機酸已被(bei)證明處于(yu)成核(he)和(he)(he)聚(ju)(ju)合階段。該方(fang)法尚未系(xi)統(tong)地用(yong)于(yu)包含Zr納米(mi)(mi)(mi)顆粒(li)(li)負載在活性(xing)炭(tan)等(deng)碳表面，因此采用(yong)高(gao)機械(xie)強度、優(you)(you)良的(de)(de)(de)流通(tong)系(xi)統(tong)滲透性(xing)和(he)(he)高(gao)活性(xing)炭(tan)表面，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)脫(tuo)氟過(guo)程。本研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是利用(yong)草酸作(zuo)為(wei)浸(jin)漬(zi)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)復合配體來控(kong)制含量Zr(Ⅳ)顆粒(li)(li)粒(li)(li)徑(jing)，提出可能的(de)(de)(de)氟吸(xi)附(fu)(fu)機制，提高(gao)顆粒(li)(li)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)氟吸(xi)附(fu)(fu)能力。

　　鋯改性(xing)用(yong)于活性(xing)炭

　　根(gen)據考慮了(le)Zr(IV)/有機(ji)封端劑(ji)(ji)(Zr / OA)在(zai)(zai)實(shi)驗設計中(zhong)(zhong)，采用(yong)鋯(gao)浸漬活(huo)性(xing)炭(tan)，以(yi)確定具有*高氟吸附(fu)(fu)能力的吸附(fu)(fu)劑(ji)(ji)。添(tian)加活(huo)性(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液中(zhong)(zhong)。然(ran)后，將浸漬活(huo)性(xing)炭(tan)和10mL的0.01-12.將2%的草(cao)酸(suan)溶液混(hun)合1天，然(ran)后過濾、漂洗和60%℃干燥12小時。由此產生(sheng)的浸漬活(huo)性(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)(zai)溶液中(zhong)(zhong)，獲得的材料是鋯(gao)改(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)。所有浸漬過程均(jun)為25℃進(jin)行(xing)。

　　活性炭吸附氟化(hua)物(wu)機理

　　這里使(shi)用(yong)的多種光譜技(ji)術與電(dian)位滴定提供了(le)關于Zr-活(huo)(huo)性炭浸漬草酸(suan)(ZrOx-AC)氟化物(wu)吸(xi)附(fu)過程中有價值的信息。光譜分(fen)析(xi)確定了(le)商業活(huo)(huo)性炭(F400)參(can)與氟化物(wu)吸(xi)收Zr(IV)主要(yao)的離子錨定官能(neng)團。此(ci)外，這些分(fen)析(xi)有助于確定碳表面氟氧化鋯的類(lei)型。

　　因(yin)此，根(gen)據本研究中的所(suo)有證據，可(ke)以假設氟吸附機(ji)制（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(guo)靜電相互(hu)作(zuo)用形成形成CO-Zr鍵。考(kao)慮到(dao)鋯(IV)能形成四面體(ti)和八(ba)面體(ti)的聚合物結構。因(yin)此，可(ke)以提(ti)出活性炭表面氧官(guan)能度(du)的**相互(hu)作(zuo)用，見圖(tu)。

　　簡(jian)而言之(zhi)，表(biao)示活(huo)(huo)性(xing)炭Zr在(zai)混(hun)合(he)過程中加入草(cao)酸可以使(shi)氟吸附簡(jian)單Zr摻(chan)雜的(de)(de)(de)AC下(xia)以1.05的(de)(de)(de)*佳(jia)Zr / OA比提高3倍。我們的(de)(de)(de)工作表(biao)明，增強(qiang)機制涉及Zr離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)OA它控制成核，限(xian)制在(zai)常規方法中Zr分散的(de)(de)(de)ZrO 二顆粒(li)的(de)(de)(de)生長。鋯活(huo)(huo)性(xing)表(biao)面積(ji)增加，與(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭表(biao)面位點有關OA分子(zi)(zi)(zi)復(fu)合(he)物(wu)的(de)(de)(de)形式(shi)留下(xia)了一些高活(huo)(huo)性(xing)Zr。*后，從Zr-羥(qian)基交換在(zai)草(cao)酸鹽的(de)(de)(de)表(biao)面位置(zhi)Zr = O氟離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與(yu)鋯離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)正電荷相互作用。