活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)(gao)浸漬或沉淀(dian)(IV)氟(fu)吸附(fu)通常在(zai)改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭時得到改(gai)(gai)(gai)(gai)善。這(zhe)些雜化吸附(fu)劑可以通過控制浸漬條(tiao)件來改(gai)(gai)(gai)(gai)善，這(zhe)已經確定(ding)Zr組裝(zhuang)和(he)分散在(zai)活(huo)性(xing)炭表面。活(huo)性(xing)炭在(zai)這(zhe)里使(shi)用Zr(IV)與草酸(OA)共同改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)，使(shi)鋯(gao)(gao)分散體*大化，增強氟(fu)化物吸附(fu)。吸附(fu)實驗在(zai)pH7和(he)25℃氟(fu)濃度為40 mg L -1。活(huo)性(xing)炭經過OA / Zr氟(fu)化物吸附(fu)的*佳條(tiao)件是(shi)改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)。電位滴定(ding)顯示，改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)后的活(huo)性(xing)炭(鋯(gao)(gao)改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭)在(zai)pH正電荷低于(yu)7，分析(xi)表明(ming)鋯(gao)(gao)離(li)子主要與活(huo)性(xing)炭表面的羧(suo)基相(xiang)互作用。

　　此外(wai)，氟化物可以存在于飲(yin)用(yong)水(shui)中，約0.7毫(hao)(hao)克(ke)(ke)L -1的(de)水(shui)平被認為是有益的(de)，但(dan)如果超過1.5毫(hao)(hao)克(ke)(ke)L -1則有害(hai)。飲(yin)用(yong)水(shui)或地下水(shui)(飲(yin)用(yong)水(shui)的(de)主要來源之一)攝(she)入高(gao)氟化物濃(nong)度(du)會造成危害(hai)，嚴(yan)重時會導致氟中毒(牙齒和骨骼異(yi)常)或神(shen)經損傷。氟化物濃(nong)度(du)，*多(duo)30毫(hao)(hao)克(ke)(ke)的(de)L -世(shi)界上許多(duo)地區都(dou)能(neng)找到地下水(shui)，而且(qie)它至少(shao)存在于25個國(guo)家(jia)。

　　許多研究集中在從水(shui)溶液中去除(chu)氟化(hua)(hua)(hua)物工程(cheng)的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)，包括氧化(hua)(hua)(hua)鋁、粘土(tu)、礦物質和(he)植物、活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)和(he)納米(mi)管 ，稀(xi)有(you)氧化(hua)(hua)(hua)物、聚合物和(he)樹脂。還知(zhi)道，一些(xie)(xie)金(jin)(jin)屬(shu)氧化(hua)(hua)(hua)物，如(ru)鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或鈦(tai)，可以顯著增加氟化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)。活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)具有(you)天然（未改性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)）的(de)(de)(de)巨大表面積，是(shi)水(shui)中氟化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)優良(liang)吸附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)，但能(neng)提(ti)供(gong)穩定的(de)(de)(de)支持(chi)，實現強(qiang)氟化(hua)(hua)(hua)物吸附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)金(jin)(jin)屬(shu)相(xiang)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)分散，抑(yi)制(zhi)這(zhe)些(xie)(xie)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)(jin)屬(shu)顆粒的(de)(de)(de)燒結或體積沉(chen)淀。當這(zhe)種活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)材料使(shi)用(yong)鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金(jin)(jin)屬(shu)絡合物浸漬時，吸附(fu)(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)提(ti)高(gao)(gao)了3-5倍 。提(ti)高(gao)(gao)氟化(hua)(hua)(hua)物吸附(fu)(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)的(de)(de)(de)關鍵因素是(shi)控制(zhi)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面積和(he)負載金(jin)(jin)屬(shu)相(xiang)的(de)(de)(de)尺寸分布。還能(neng)抑(yi)制(zhi)這(zhe)些(xie)(xie)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)(jin)屬(shu)顆粒的(de)(de)(de)燒結或體積沉(chen)淀。

　　一些研究已經集中(zhong)在(zai)裝載鋯上(IV)金屬(shu)(shu)鹽(yan)溶(rong)液通過(guo)浸(jin)漬或(huo)沉淀轉化(hua)為(wei)幾種(zhong)吸(xi)附(fu)劑。雖然這(zhe)種(zhong)合(he)(he)成(cheng)操(cao)作很簡單，但(dan)由(you)于(yu)pH，離子強(qiang)度存(cun)在(zai)或(huo)已知會影響離子強(qiang)度Zr(IV)顆(ke)粒(li)(li)的(de)(de)聚集和(he)重組的(de)(de)其(qi)他因素的(de)(de)影響，難(nan)以理解和(he)優化(hua)。在(zai)許多情況下(xia)，由(you)于(yu)平均尺寸范圍為(wei)納米(mi)(mi)至微米(mi)(mi)，吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)特定面積為(wei)Zr在(zai)常(chang)規(gui)合(he)(he)成(cheng)中(zhong)，顆(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下(xia)降，不受(shou)控制(zhi)。我們認為(wei)，在(zai)合(he)(he)成(cheng)過(guo)程中(zhong)結合(he)(he)粒(li)(li)子表面或(huo)核的(de)(de)絡合(he)(he)（或(huo)螯合(he)(he)）配體，有助于(yu)控制(zhi)分(fen)散金屬(shu)(shu)的(de)(de)生長和(he)*終粒(li)(li)度分(fen)布。有機(ji)(ji)酸已被證明(ming)處于(yu)成(cheng)核和(he)聚合(he)(he)階段(duan)。該方法(fa)尚未系統(tong)地用(yong)于(yu)包含Zr納米(mi)(mi)顆(ke)粒(li)(li)負載在(zai)活(huo)性(xing)炭等(deng)碳表面，因此采用(yong)高機(ji)(ji)械強(qiang)度、優良的(de)(de)流(liu)通系統(tong)滲透性(xing)和(he)高活(huo)性(xing)炭表面，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系統(tong)的(de)(de)脫氟(fu)(fu)(fu)過(guo)程。本研究的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是利用(yong)草(cao)酸作為(wei)浸(jin)漬過(guo)程中(zhong)的(de)(de)復合(he)(he)配體來控制(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提出可能(neng)的(de)(de)氟(fu)(fu)(fu)吸(xi)附(fu)機(ji)(ji)制(zhi)，提高顆(ke)粒(li)(li)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)氟(fu)(fu)(fu)吸(xi)附(fu)能(neng)力。

　　鋯改性用(yong)于活(huo)性炭

　　根據考慮了Zr(IV)/有機封端劑(ji)(Zr / OA)在(zai)實驗設計中(zhong)，采用(yong)鋯(gao)(gao)浸(jin)漬活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)，以確定具有*高氟吸附(fu)能(neng)力的(de)(de)吸附(fu)劑(ji)。添(tian)加活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)Zr 2  ?15 %的(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液(ye)(ye)中(zhong)。然后(hou)，將浸(jin)漬活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和(he)10mL的(de)(de)0.01-12.將2%的(de)(de)草(cao)酸(suan)溶液(ye)(ye)混合1天，然后(hou)過濾、漂洗和(he)60%℃干燥12小時。由此產生的(de)(de)浸(jin)漬活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)稱為(wei)ZrOx-AC。將F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)溶液(ye)(ye)中(zhong)，獲得的(de)(de)材料是鋯(gao)(gao)改性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。所有浸(jin)漬過程均為(wei)25℃進(jin)行。

　　活性炭吸附氟(fu)化物機理

　　這(zhe)里使用(yong)的多種光譜技術與電位滴(di)定提供了關于Zr-活(huo)性炭浸(jin)漬草酸(suan)(ZrOx-AC)氟(fu)化(hua)物吸附過(guo)程中(zhong)有價(jia)值(zhi)的信息。光譜分(fen)析確定了商業(ye)活(huo)性炭(F400)參(can)與氟(fu)化(hua)物吸收Zr(IV)主要的離子(zi)錨(mao)定官(guan)能團。此外，這(zhe)些(xie)分(fen)析有助于確定碳表面氟(fu)氧化(hua)鋯的類型(xing)。

　　因此，根據本研究中(zhong)的(de)(de)所有證據，可(ke)以假設氟(fu)吸附機制(zhi)（上圖(tu)）。首(shou)先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)(de)水解Zr(IV)-COOH通過靜(jing)電相(xiang)互(hu)作用(yong)形成(cheng)形成(cheng)CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能(neng)形成(cheng)四面體(ti)和八面體(ti)的(de)(de)聚(ju)合(he)物結(jie)構。因此，可(ke)以提出活性炭表面氧官能(neng)度(du)的(de)(de)**相(xiang)互(hu)作用(yong)，見圖(tu)。

　　簡(jian)而言之，表示活(huo)性(xing)炭Zr在(zai)混合(he)過程中加入草(cao)酸可以使氟(fu)(fu)吸附簡(jian)單Zr摻雜(za)的(de)AC下以1.05的(de)*佳(jia)Zr / OA比提(ti)高3倍。我們(men)的(de)工(gong)作表明，增(zeng)強機制涉及Zr離(li)子的(de)OA它控制成核(he)，限制在(zai)常規方法中Zr分散的(de)ZrO 二顆(ke)粒的(de)生(sheng)長。鋯活(huo)性(xing)表面積增(zeng)加，與(yu)活(huo)性(xing)炭表面位點(dian)有關OA分子復合(he)物的(de)形式留下了一(yi)些高活(huo)性(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交換在(zai)草(cao)酸鹽的(de)表面位置Zr = O氟(fu)(fu)離(li)子與(yu)鋯離(li)子的(de)正(zheng)電荷相互作用。