活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)浸(jin)漬(zi)或(huo)沉淀(IV)氟(fu)吸附(fu)通常在(zai)改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭時得(de)到改善。這些(xie)雜化吸附(fu)劑(ji)可以(yi)通過控制浸(jin)漬(zi)條(tiao)件(jian)來改善，這已經確定(ding)Zr組裝(zhuang)和分散在(zai)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭在(zai)這里使(shi)用Zr(IV)與(yu)草酸(suan)(OA)共同改性(xing)(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯(gao)分散體*大化，增(zeng)強氟(fu)化物吸附(fu)。吸附(fu)實驗在(zai)pH7和25℃氟(fu)濃度(du)為(wei)40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭經過OA / Zr氟(fu)化物吸附(fu)的*佳條(tiao)件(jian)是改性(xing)(xing)(xing)(xing)。電(dian)位滴定(ding)顯示，改性(xing)(xing)(xing)(xing)后的活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(鋯(gao)改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭)在(zai)pH正電(dian)荷低于7，分析表(biao)明鋯(gao)離子主(zhu)要與(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)面的羧基相互作用。

　　此外，氟化物(wu)可(ke)以存在于飲(yin)(yin)用水中(zhong)，約(yue)0.7毫克(ke)(ke)(ke)L -1的水平被認為(wei)是有益的，但如(ru)果超過1.5毫克(ke)(ke)(ke)L -1則有害。飲(yin)(yin)用水或(huo)地下水(飲(yin)(yin)用水的主要(yao)來(lai)源之一)攝入高氟化物(wu)濃度會(hui)(hui)造成危害，嚴重時會(hui)(hui)導致氟中(zhong)毒(牙齒和骨骼異常)或(huo)神經損傷。氟化物(wu)濃度，*多30毫克(ke)(ke)(ke)的L -世界上許多地區都(dou)能找到(dao)地下水，而且它至少存在于25個國家。

　　許多研究集(ji)中在(zai)從(cong)水(shui)溶液中去除氟化(hua)物(wu)(wu)工程(cheng)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)劑(ji)，包括(kuo)氧化(hua)鋁、粘土、礦物(wu)(wu)質(zhi)和植物(wu)(wu)、活性(xing)炭(tan)和納(na)米(mi)管 ，稀(xi)有氧化(hua)物(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)和樹脂。還知道，一些(xie)金(jin)屬氧化(hua)物(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯或(huo)鈦，可(ke)以顯著(zhu)增加氟化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)(li)。活性(xing)炭(tan)具有天然（未改性(xing)）的(de)(de)(de)(de)巨大表(biao)面(mian)積(ji)，是(shi)水(shui)中氟化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)優良吸(xi)附(fu)劑(ji)，但能(neng)提供穩定的(de)(de)(de)(de)支持(chi)，實現(xian)強氟化(hua)物(wu)(wu)吸(xi)附(fu)劑(ji)金(jin)屬相(xiang)的(de)(de)(de)(de)高分散(san)，抑制這(zhe)些(xie)活性(xing)金(jin)屬顆粒(li)(li)的(de)(de)(de)(de)燒(shao)結或(huo)體積(ji)沉淀。當(dang)這(zhe)種活性(xing)炭(tan)材料使用鋯鋯時(shi)(IV)金(jin)屬絡(luo)合物(wu)(wu)浸漬時(shi)，吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)(li)提高了3-5倍 。提高氟化(hua)物(wu)(wu)吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)因素是(shi)控制活性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)積(ji)和負載金(jin)屬相(xiang)的(de)(de)(de)(de)尺寸分布。還能(neng)抑制這(zhe)些(xie)活性(xing)金(jin)屬顆粒(li)(li)的(de)(de)(de)(de)燒(shao)結或(huo)體積(ji)沉淀。

　　一些(xie)研(yan)究(jiu)已經集中在(zai)(zai)(zai)裝載鋯上(IV)金屬鹽溶液通過(guo)(guo)浸漬或(huo)沉淀轉化為(wei)幾種吸(xi)附(fu)劑(ji)。雖然這種合(he)成操作很簡(jian)單，但由于(yu)(yu)(yu)pH，離(li)(li)子強(qiang)(qiang)度(du)存在(zai)(zai)(zai)或(huo)已知會(hui)影響離(li)(li)子強(qiang)(qiang)度(du)Zr(IV)顆粒(li)的聚集和(he)(he)重組的其他因素(su)的影響，難(nan)以理解和(he)(he)優化。在(zai)(zai)(zai)許多情況(kuang)下(xia)，由于(yu)(yu)(yu)平均尺(chi)寸范圍為(wei)納米至(zhi)微米，吸(xi)附(fu)劑(ji)的特(te)定面積為(wei)Zr在(zai)(zai)(zai)常規合(he)成中，顆粒(li)孔堵塞并下(xia)降，不受控制(zhi)。我們認為(wei)，在(zai)(zai)(zai)合(he)成過(guo)(guo)程(cheng)中結合(he)粒(li)子表(biao)面或(huo)核(he)的絡合(he)（或(huo)螯合(he)）配體(ti)，有(you)助于(yu)(yu)(yu)控制(zhi)分散金屬的生長和(he)(he)*終粒(li)度(du)分布。有(you)機酸(suan)已被證明(ming)處于(yu)(yu)(yu)成核(he)和(he)(he)聚合(he)階段(duan)。該方法尚未系(xi)(xi)統(tong)地用(yong)于(yu)(yu)(yu)包含(han)Zr納米顆粒(li)負(fu)載在(zai)(zai)(zai)活性(xing)炭(tan)(tan)等碳(tan)表(biao)面，因此(ci)采用(yong)高機械強(qiang)(qiang)度(du)、優良的流通系(xi)(xi)統(tong)滲透性(xing)和(he)(he)高活性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，用(yong)于(yu)(yu)(yu)飲用(yong)水系(xi)(xi)統(tong)的脫氟過(guo)(guo)程(cheng)。本研(yan)究(jiu)的目的是利用(yong)草酸(suan)作為(wei)浸漬過(guo)(guo)程(cheng)中的復合(he)配體(ti)來控制(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆粒(li)粒(li)徑，提出可能的氟吸(xi)附(fu)機制(zhi)，提高顆粒(li)活性(xing)炭(tan)(tan)的氟吸(xi)附(fu)能力。

　　鋯改性用于活性炭

　　根據考(kao)慮了Zr(IV)/有機封(feng)端劑(Zr / OA)在(zai)實驗設計中(zhong)，采用鋯(gao)浸漬活性(xing)(xing)炭(tan)，以(yi)確定具有*高氟(fu)吸附能力的(de)(de)吸附劑。添加活性(xing)(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液中(zhong)。然后(hou)，將(jiang)浸漬活性(xing)(xing)炭(tan)和10mL的(de)(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)(de)草酸溶(rong)液混合1天(tian)，然后(hou)過(guo)濾、漂洗和60%℃干燥12小時。由此產(chan)生(sheng)的(de)(de)浸漬活性(xing)(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)溶(rong)液中(zhong)，獲得的(de)(de)材料是鋯(gao)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)。所有浸漬過(guo)程均為25℃進行。

　　活性炭吸附氟化物機理

　　這里使用(yong)的(de)多種(zhong)光譜技術與(yu)電位滴定(ding)提(ti)供了(le)(le)關于Zr-活性炭浸漬草(cao)酸(ZrOx-AC)氟化物吸附過程(cheng)中有價(jia)值的(de)信(xin)息。光譜分(fen)析(xi)確(que)(que)定(ding)了(le)(le)商業活性炭(F400)參與(yu)氟化物吸收Zr(IV)主要的(de)離子錨(mao)定(ding)官能(neng)團。此外(wai)，這些分(fen)析(xi)有助(zhu)于確(que)(que)定(ding)碳表(biao)面氟氧化鋯的(de)類(lei)型。

　　因(yin)此，根據本(ben)研(yan)究中的所有證據，可以(yi)假設氟吸附(fu)機制（上(shang)圖）。首先(xian)，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解(jie)Zr(IV)-COOH通過靜電相(xiang)互作(zuo)用形(xing)成形(xing)成CO-Zr鍵。考慮(lv)到鋯(IV)能(neng)形(xing)成四面(mian)體(ti)和八面(mian)體(ti)的聚合物結構。因(yin)此，可以(yi)提出活性炭表面(mian)氧官能(neng)度的**相(xiang)互作(zuo)用，見(jian)圖。

　　簡而(er)言(yan)之(zhi)，表(biao)(biao)示活(huo)性炭Zr在(zai)(zai)混合過程中加入草酸可(ke)以使氟(fu)吸附簡單Zr摻雜(za)的(de)(de)(de)(de)AC下(xia)以1.05的(de)(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提高(gao)3倍。我們的(de)(de)(de)(de)工作表(biao)(biao)明，增強機制涉及Zr離子的(de)(de)(de)(de)OA它控制成核，限制在(zai)(zai)常規方法中Zr分(fen)散的(de)(de)(de)(de)ZrO 二顆(ke)粒的(de)(de)(de)(de)生長。鋯活(huo)性表(biao)(biao)面積增加，與活(huo)性炭表(biao)(biao)面位(wei)點有關OA分(fen)子復(fu)合物的(de)(de)(de)(de)形(xing)式留下(xia)了(le)一些(xie)高(gao)活(huo)性Zr。*后，從Zr-羥基交換在(zai)(zai)草酸鹽的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面位(wei)置(zhi)Zr = O氟(fu)離子與鋯離子的(de)(de)(de)(de)正電荷相(xiang)互(hu)作用。