活性炭去(qu)除污水中的亞硝酸鹽

　　活性炭去除廢水(shui)中的(de)(de)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)根(gen)和(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)根(gen)陰離子，氮(N)是所(suo)有生物(wu)的(de)(de)基本要(yao)素。氮以不(bu)同(tong)的(de)(de)氧化態存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)(he)NH 4  ( - 3)。其(qi)中，NO 3 -，NO 2 -和(he)(he)NH 4  ( - 3)更受關注，因(yin)為(wei)它們(men)易溶于(yu)水(shui)，對(dui)人(ren)體健(jian)康(kang)有毒。農(nong)業(ye)施(shi)肥(fei)等非點源硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)污染地下水(shui)和(he)(he)地表(biao)水(shui)已成為(wei)工業(ye)和(he)(he)發(fa)展中國(guo)家日益嚴重(zhong)的(de)(de)環境(jing)問(wen)題。硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)污染是由于(yu)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)肥(fei)料的(de)(de)廣泛使用(yong)和(he)(he)人(ren)類和(he)(he)動物(wu)廢物(wu)處理不(bu)善或未經(jing)處理而發(fa)生的(de)(de)。硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)是許多工業(ye)過程(cheng)的(de)(de)副產品，包括生產造紙(zhi)、硝(xiao)(xiao)(xiao)基有機化合物(wu)和(he)(he)藥物(wu)化合物(wu)。亞硝(xiao)(xiao)(xiao)胺致癌的(de)(de)前兆是地下水(shui)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)濃度的(de)(de)增加。由于(yu)這些(xie)原因(yin)，歐盟限制了飲用(yong)水(shui)中硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)的(de)(de)濃度。

　　亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)和硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)也是(shi)存在于(yu)更多(duo)放(fang)射性(xing)廢(fei)(fei)物中的(de)非放(fang)射性(xing)廢(fei)(fei)物； 硝(xiao)酸(suan)在核武器和核燃料(liao)的(de)生產過程中被用(yong)來(lai)處理極其有毒(du)的(de)放(fang)射性(xing)元(yuan)素(su)，如鈾(you)和鍶。然(ran)而，如果(guo)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)濃度(du)較(jiao)高，可能會影響穩定(ding)水(shui)泥基(ji)體的(de)形(xing)成，使各種金(jin)屬加(jia)工廢(fei)(fei)料(liao)難以長期處理。因此(ci)，從健康(kang)和環境(jing)的(de)角度(du)來(lai)看，去除(chu)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)和亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)是(shi)非常重要的(de)。

　　傳統的(de)去除硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽陰離子的(de)方法包(bao)括反(fan)滲透、離子交(jiao)換(huan)、組合(he)膜生(sheng)物反(fan)應器/粉末活性炭吸附、生(sheng)物膜電極反(fan)應器(BER)和BER /吸附過程。這些方法大(da)多有一些缺點，如高資本、高運(yun)營(ying)成本或污(wu)泥處(chu)置。

　　未氧化氧化活性(xing)炭DFT孔(kong)徑分(fen)布。

　　*近(jin)，從廢(fei)水(shui)中去除硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽的(de)陰離(li)子，檢(jian)查了許多低成本的(de)替代吸附劑。

　　目前的工(gong)作(zuo)是提高活(huo)(huo)性炭去除廢水中硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽離(li)子的能力(li)。為實(shi)現(xian)這一目標，進行了(le)以下研究(jiu)：(a)制備和(he)表(biao)征活(huo)(huo)性炭，(b)在活(huo)(huo)性炭樣品中建(jian)立硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)根離(li)子*大吸(xi)附條件，(c)在活(huo)(huo)性炭上評估(gu)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽離(li)子的動力(li)學(xue)和(he)熱(re)力(li)學(xue)參數。

　　活性炭吸附(fu)研究：樣(yang)品選擇(ze)：干燥(zao)活性炭的(de)(de)(de)固(gu)定(ding)非(fei)氧化和氧化（0.1g)和初(chu)始濃度Co = 25mgL -1的(de)(de)(de)原液(ye)(ye)的(de)(de)(de)25mL等分試樣(yang)振蕩24小(xiao)時。過濾(lv)各(ge)種混合物，確定(ding)溶液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)殘留物、硝酸鹽和亞硝酸鹽含量(liang)，以(yi)了(le)解平(ping)衡時間的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。通過稀釋NaOH或HCl溶液(ye)(ye)pH從2調(diao)整(zheng)到11。在確定(ding)平(ping)衡時間的(de)(de)(de)批量(liang)實驗中(zhong)(zhong)，我們使(shi)用(yong)(yong)20mL的(de)(de)(de)pH調(diao)節溶液(ye)(ye)和30mg吸附(fu)劑。pH該(gai)值提供了(le)*大的(de)(de)(de)陰離(li)(li)子去除率(lv)。取50毫克L的(de)(de)(de)硝酸鹽水溶液(ye)(ye)20ml的(de)(de)(de)進行(xing)-1 NO 3 ˉ不(bu)同量(liang)的(de)(de)(de)和碳劑量(liang)為200毫克Ca(HCO存(cun)在3)20-400毫克L-1。25振蕩時間的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)℃，45℃和55℃24小(xiao)時進行(xing)。使(shi)用(yong)(yong)離(li)(li)子色(se)譜柱：6.1006.超濾(lv)液(ye)(ye)：2000陰離(li)(li)子柱.5 mmolL-一對苯二甲酸，7%乙腈，pH = 4.電(dian)導檢(jian)測(ce)(ce)器測(ce)(ce)定(ding)陰離(li)(li)子濃度。

　　動力學研究

　　動力學試驗研究了活(huo)性炭對(dui)陰離(li)子吸附(fu)效率的(de)影響(NO2-和(he)(he)NO3-氧化(hua)活(huo)性炭樣品(pin)的(de)吸附(fu)效果，50毫(hao)克活(huo)性炭和(he)(he)20毫(hao)升硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)的(de)初始濃(nong)度(du)為(wei)(wei)(wei)50毫(hao)升 mg·L - 1.亞硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)濃(nong)度(du)為(wei)(wei)(wei)5 mg·L -1的(de)時間為(wei)(wei)(wei)不(bu)同的(de)時間段，即(ji)硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)和(he)(he)亞硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)在各種(zhong)水(shui)產養殖和(he)(he)工業廢(fei)水(shui)中的(de)濃(nong)度(du)水(shui)平]通過濾(lv)(lv)紙過濾(lv)(lv)懸(xuan)浮液，分(fen)析殘余陰離(li)子濃(nong)度(du)。

　　活性炭表征

　　根據所有元(yuan)素(su)的百分(fen)比(bi)含(han)量(liang)與氧(yang)殘留量(liang)之間(jian)的差(cha)異，的方法是從元(yuan)素(su)分(fen)析中報(bao)告氧(yang)含(han)量(liang)值。

　　活性炭表征

　　從元素分(fen)析中(zhong)報告氧(yang)(yang)(yang)含量值的(de)常用方法是(shi)基于所有(you)元素的(de)百(bai)分(fen)比(bi)(bi)含量與氧(yang)(yang)(yang)殘(can)留(liu)量之間的(de)差(cha)異。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)氧(yang)(yang)(yang)含量顯著增(zeng)加（從0開(kai)始.92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中(zhong)研究了活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)DFT孔(kong)(kong)徑分(fen)布(bu)(bu)。給(gei)出了表(biao)面積(ji)(ji)和(he)(he)(he)(he)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)的(de)結果。顯示了活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)微(wei)(wei)孔(kong)(kong)性(xing)(xing)(xing)質。 　　活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)和(he)(he)(he)(he)表(biao)面積(ji)(ji)增(zeng)加，孔(kong)(kong)徑分(fen)布(bu)(bu)沒(mei)有(you)明顯變(bian)化(hua)。與未(wei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)樣(yang)(yang)品(pin)相(xiang)比(bi)(bi)，氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)的(de)表(biao)面積(ji)(ji)和(he)(he)(he)(he)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)分(fen)別(bie)增(zeng)加了約43%和(he)(he)(he)(he)35%。氧(yang)(yang)(yang)化(hua)和(he)(he)(he)(he)未(wei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品(pin)*大1nm 的(de)微(wei)(wei)孔(kong)(kong)和(he)(he)(he)(he)2-4nm的(de)中(zhong)孔(kong)(kong)。數(shu)據還顯示，氧(yang)(yang)(yang)化(hua)后毛孔(kong)(kong)變(bian)寬(kuan)。微(wei)(wei)區增(zeng)強，介(jie)孔(kong)(kong)范圍(2-4nm)稍微(wei)(wei)降低。這可能是(shi)因為從容納一個(ge)(ge)吸附層(ceng)的(de)孔(kong)(kong)寬(kuan)到兩個(ge)(ge)，兩個(ge)(ge)層(ceng)分(fen)別(bie)轉換為三個(ge)(ge)。                                                                                                                                                                         吸附材料的(de)表(biao)面積(ji)(ji)和(he)(he)(he)(he)孔(kong)(kong)體積(ji)(ji)。1:未(wei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品(pin).二(er)、氧(yang)(yang)(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品(pin).1:未(wei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品(pin).二(er)、氧(yang)(yang)(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)品(pin).?DFT：分(fen)布(bu)(bu)孔(kong)(kong)徑；BET：微(wei)(wei)孔(kong)(kong)材料的(de)表(biao)面積(ji)(ji)表(biao)征

　　兩種吸(xi)附劑的(de)分形維數(shu)(D)由(you)Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計算。在(zai)650℃活(huo)性(xing)炭樣品具有(you)活(huo)性(xing)炭D = 2.1.分數(shu)維數(shu)。這(zhe)(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明(ming)表(biao)(biao)面非(fei)常粗糙(cao)或不規(gui)則(ze)。在(zai)用Na 2 CO 3表(biao)(biao)面改(gai)(gai)性(xing)時(shi)，分形維數(shu)減(jian)少(D = 2.2)。 　　這(zhe)(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明(ming)改(gai)(gai)性(xing)碳的(de)結(jie)構隨著小晶粒和交(jiao)(jiao)(jiao)聯(lian)結(jie)構的(de)分解變得(de)更加有(you)序。對于這(zhe)(zhe)(zhe)類(lei)試劑，混合碳的(de)反(fan)應(ying)性(xing)大于微(wei)晶碳； 因(yin)此，交(jiao)(jiao)(jiao)聯(lian)碳主要被(bei)消耗掉(diao)。交(jiao)(jiao)(jiao)聯(lian)分解導致堵塞孔的(de)釋(shi)放，從而減(jian)少增加的(de)表(biao)(biao)面積(ji)和孔體積(ji)。 　　硬度對活(huo)性(xing)炭去除硝(xiao)酸鹽(yan)的(de)影響 　　共存離子是碳酸氫鈣(gai)，通常在(zai)地下水(shui)中發現，并產生暫時(shi)的(de)硬度。圖2證明(ming)了這(zhe)(zhe)(zhe)一點。在(zai)Ca(HCO 3)2在(zai)存在(zai)下，硝(xiao)酸鹽(yan)的(de)去除率明(ming)顯降低。這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)物質的(de)抑制作用可以(yi)歸因(yin)于NO 3 -和HCO 3 -相(xiang)同的(de)離子結(jie)構。它們都是平的(de)，而且都是平的(de)N-O和C-O鍵之間(jian)的(de)角(jiao)度相(xiang)同，等于120℃。可以(yi)合理地認為，HCO 3個(ge) ˉ陰離子的(de)競爭性(xing)吸(xi)附到相(xiang)同的(de)活(huo)性(xing)位點RS的(de)表(biao)(biao)面上。  圖2：使用1：活(huo)性(xing)炭硬度對去除硝(xiao)酸鹽(yan)的(de)影響。 　　這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)結(jie)果(guo)表(biao)(biao)明(ming)，由(you)KMnO 改(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭比(bi)這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)吸(xi)附劑中的(de)任(ren)何一種都好得(de)多或更好。這(zhe)(zhe)(zhe)可能與吸(xi)附機制有(you)關，包括離子交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)和絡(luo)合。

　　事實上，開發(fa)低成本吸附(fu)(fu)(fu)(fu)劑是減少各種化學工(gong)藝(yi)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)大量廢(fei)物和(he)(he)有(you)毒廢(fei)水的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要目標之一(yi)。從這個意義上說，高錳(meng)酸(suan)鉀(jia)改性活性炭(tan)對(dui)水溶(rong)液(ye)中的(de)(de)(de)(de)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)有(you)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)能力。在(zai)這個問題(ti)上，研究了影響單組(zu)分體(ti)系中硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)離子(zi)(zi)去除的(de)(de)(de)(de)因素：溫度，pH值、吸附(fu)(fu)(fu)(fu)劑濃度和(he)(he)活性炭(tan)劑量。在(zai)二元體(ti)系(NO 3和(he)(he)HCO 3)硬度對(dui)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)去除的(de)(de)(de)(de)抑(yi)制作用是指NO 3和(he)(he)HCO 在(zai)同一(yi)結構離子(zi)(zi)和(he)(he)系統中(NO 3和(he)(he)NO 2)由于(yu)競爭效應，硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)受(shou)到抑(yi)制，亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)受(shou)到協同吸附(fu)(fu)(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)促進。NOM當存在(zai)或不存在(zai)時，吸附(fu)(fu)(fu)(fu)能力相(xiang)似，表明硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)對(dui)碳表面的(de)(de)(de)(de)親和(he)(he)力強(qiang)于(yu)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和(he)(he)NOM的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)。