活性炭去除氟化物

　　用(yong)(yong)鋯浸漬(zi)(zi)或沉淀(IV)氟(fu)吸附(fu)(fu)通常在(zai)改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)時(shi)得到改(gai)善。這(zhe)些雜化吸附(fu)(fu)劑可以通過(guo)控制浸漬(zi)(zi)條件來改(gai)善，這(zhe)已經確定(ding)Zr組裝(zhuang)和分(fen)散(san)在(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)這(zhe)里使用(yong)(yong)Zr(IV)與草酸(OA)共同改(gai)性(xing)，使鋯分(fen)散(san)體*大化，增強氟(fu)化物吸附(fu)(fu)。吸附(fu)(fu)實(shi)驗在(zai)pH7和25℃氟(fu)濃(nong)度(du)為40 mg L -1。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)經過(guo)OA / Zr氟(fu)化物吸附(fu)(fu)的(de)*佳條件是改(gai)性(xing)。電位滴(di)定(ding)顯示，改(gai)性(xing)后的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(鋯改(gai)性(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan))在(zai)pH正電荷(he)低于7，分(fen)析表(biao)(biao)明鋯離子(zi)主要與活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面的(de)羧基相互作用(yong)(yong)。

　　此(ci)外，氟化物(wu)(wu)(wu)可以存在于飲(yin)用水(shui)中，約0.7毫(hao)克(ke)L -1的(de)(de)水(shui)平(ping)被認為(wei)是有益的(de)(de)，但如果超過1.5毫(hao)克(ke)L -1則有害(hai)。飲(yin)用水(shui)或地(di)(di)下水(shui)(飲(yin)用水(shui)的(de)(de)主要來(lai)源之(zhi)一)攝入高氟化物(wu)(wu)(wu)濃度會造成危害(hai)，嚴重時會導致氟中毒(牙齒和骨骼異常)或神經損傷。氟化物(wu)(wu)(wu)濃度，*多30毫(hao)克(ke)的(de)(de)L -世界上(shang)許多地(di)(di)區都能找到(dao)地(di)(di)下水(shui)，而(er)且它至少存在于25個國家。

　　許多(duo)研究集中(zhong)在從(cong)水溶液中(zhong)去除氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)(wu)工程的(de)吸附(fu)(fu)(fu)劑(ji)，包括氧化鋁(lv)、粘土、礦物(wu)(wu)(wu)質和植(zhi)物(wu)(wu)(wu)、活(huo)性炭(tan)(tan)和納米(mi)管(guan) ，稀(xi)有(you)氧化物(wu)(wu)(wu)、聚(ju)合(he)物(wu)(wu)(wu)和樹脂(zhi)。還知道，一些(xie)金屬(shu)(shu)(shu)氧化物(wu)(wu)(wu)，如鐵(tie)、錳(meng)、蘭、鋁(lv)、鋯或鈦，可(ke)以(yi)顯著增(zeng)加氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)(wu)的(de)吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)(li)。活(huo)性炭(tan)(tan)具有(you)天然（未改性）的(de)巨大(da)表面(mian)積(ji)，是水中(zhong)氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)(wu)的(de)優良吸附(fu)(fu)(fu)劑(ji)，但能(neng)提供穩定(ding)的(de)支持，實現強氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)(wu)吸附(fu)(fu)(fu)劑(ji)金屬(shu)(shu)(shu)相的(de)高(gao)分(fen)散，抑制(zhi)這些(xie)活(huo)性金屬(shu)(shu)(shu)顆粒(li)的(de)燒(shao)結或體積(ji)沉(chen)淀。當這種活(huo)性炭(tan)(tan)材(cai)料使(shi)用鋯鋯時(IV)金屬(shu)(shu)(shu)絡(luo)合(he)物(wu)(wu)(wu)浸漬時，吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)(li)提高(gao)了3-5倍 。提高(gao)氟(fu)(fu)化物(wu)(wu)(wu)吸附(fu)(fu)(fu)能(neng)力(li)(li)的(de)關鍵因素是控制(zhi)活(huo)性炭(tan)(tan)表面(mian)積(ji)和負載(zai)金屬(shu)(shu)(shu)相的(de)尺寸分(fen)布(bu)。還能(neng)抑制(zhi)這些(xie)活(huo)性金屬(shu)(shu)(shu)顆粒(li)的(de)燒(shao)結或體積(ji)沉(chen)淀。

　　一些研究(jiu)已(yi)經集(ji)中(zhong)在(zai)裝載(zai)鋯上(IV)金屬(shu)鹽(yan)溶(rong)液通過浸漬或(huo)(huo)沉(chen)淀轉化為(wei)(wei)幾種(zhong)吸(xi)(xi)附(fu)劑。雖(sui)然這種(zhong)合(he)(he)(he)成(cheng)操(cao)作(zuo)很簡單，但由于(yu)pH，離子強度(du)(du)存在(zai)或(huo)(huo)已(yi)知會影響離子強度(du)(du)Zr(IV)顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)聚集(ji)和重組(zu)的(de)(de)(de)(de)其他(ta)因(yin)素的(de)(de)(de)(de)影響，難(nan)以理解(jie)和優(you)化。在(zai)許多情況下(xia)(xia)，由于(yu)平均(jun)尺寸范(fan)圍為(wei)(wei)納米(mi)至微米(mi)，吸(xi)(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)(de)特(te)定面積為(wei)(wei)Zr在(zai)常規合(he)(he)(he)成(cheng)中(zhong)，顆(ke)粒(li)孔(kong)堵塞并下(xia)(xia)降(jiang)，不受(shou)控制(zhi)。我們(men)認為(wei)(wei)，在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)過程(cheng)中(zhong)結(jie)合(he)(he)(he)粒(li)子表面或(huo)(huo)核的(de)(de)(de)(de)絡(luo)合(he)(he)(he)（或(huo)(huo)螯合(he)(he)(he)）配體(ti)，有助于(yu)控制(zhi)分散金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)生長(chang)和*終粒(li)度(du)(du)分布。有機酸已(yi)被證(zheng)明處于(yu)成(cheng)核和聚合(he)(he)(he)階段(duan)。該方法尚未(wei)系(xi)統地用(yong)于(yu)包含Zr納米(mi)顆(ke)粒(li)負載(zai)在(zai)活性炭等碳表面，因(yin)此采用(yong)高(gao)機械強度(du)(du)、優(you)良(liang)的(de)(de)(de)(de)流(liu)通系(xi)統滲透性和高(gao)活性炭表面，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系(xi)統的(de)(de)(de)(de)脫氟(fu)過程(cheng)。本研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是利用(yong)草酸作(zuo)為(wei)(wei)浸漬過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)復合(he)(he)(he)配體(ti)來控制(zhi)含量(liang)Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)粒(li)徑，提(ti)出可能(neng)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)吸(xi)(xi)附(fu)機制(zhi)，提(ti)高(gao)顆(ke)粒(li)活性炭的(de)(de)(de)(de)氟(fu)吸(xi)(xi)附(fu)能(neng)力。

　　鋯改性(xing)(xing)用于活性(xing)(xing)炭

　　根據考(kao)慮了Zr(IV)/有機封端(duan)劑(Zr / OA)在實(shi)驗設計中，采用鋯浸漬(zi)(zi)活(huo)(huo)性(xing)炭，以確定具有*高氟吸附(fu)能(neng)力的(de)吸附(fu)劑。添(tian)加活(huo)(huo)性(xing)炭Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中。然(ran)后，將浸漬(zi)(zi)活(huo)(huo)性(xing)炭和(he)10mL的(de)0.01-12.將2%的(de)草(cao)酸溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)混合(he)1天，然(ran)后過濾(lv)、漂洗和(he)60%℃干燥12小時。由此產生(sheng)的(de)浸漬(zi)(zi)活(huo)(huo)性(xing)炭稱為ZrOx-AC。將F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中，獲(huo)得(de)的(de)材料是鋯改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭。所有浸漬(zi)(zi)過程均為25℃進行。

　　活性炭吸附氟(fu)化物機理

　　這(zhe)里使用的(de)多種光譜技術與電位滴定提供(gong)了(le)關于Zr-活性(xing)炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附過(guo)程中有(you)價值(zhi)的(de)信息(xi)。光譜分析確(que)定了(le)商業(ye)活性(xing)炭(F400)參與氟(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)收Zr(IV)主(zhu)要的(de)離子錨(mao)定官能團。此外，這(zhe)些分析有(you)助于確(que)定碳表面氟(fu)氧化(hua)鋯的(de)類型。

　　因此，根(gen)據本研究中的所有證據，可以假(jia)設氟吸附機制(zhi)（上圖）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或(huo)[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解Zr(IV)-COOH通(tong)過靜電相(xiang)互作用(yong)(yong)形(xing)成(cheng)(cheng)形(xing)成(cheng)(cheng)CO-Zr鍵。考慮到(dao)鋯(IV)能形(xing)成(cheng)(cheng)四面(mian)體和(he)八面(mian)體的聚合物結(jie)構。因此，可以提(ti)出活性炭表面(mian)氧官能度的**相(xiang)互作用(yong)(yong)，見圖。

　　簡而言之，表示(shi)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)Zr在混合過程中加入草酸(suan)可以使(shi)氟吸附(fu)簡單Zr摻雜的(de)(de)AC下(xia)以1.05的(de)(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我(wo)們(men)的(de)(de)工作(zuo)(zuo)表明，增強機制涉及Zr離(li)子(zi)的(de)(de)OA它控制成核，限(xian)制在常規方法中Zr分散(san)的(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)生長。鋯活(huo)性(xing)表面積增加，與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表面位點(dian)有關OA分子(zi)復合物(wu)的(de)(de)形式留(liu)下(xia)了一些高活(huo)性(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交(jiao)換(huan)在草酸(suan)鹽的(de)(de)表面位置Zr = O氟離(li)子(zi)與(yu)鋯離(li)子(zi)的(de)(de)正(zheng)電荷相互(hu)作(zuo)(zuo)用。