活性炭去除(chu)污水中的亞硝酸(suan)鹽

　　活性炭去除廢水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)根和亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)根陰離子，氮(dan)(N)是(shi)(shi)所(suo)有(you)生(sheng)物(wu)的基本要素。氮(dan)以不同(tong)的氧化(hua)態存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和NH 4  ( - 3)。其中(zhong)，NO 3 -，NO 2 -和NH 4  ( - 3)更受關(guan)注，因為(wei)它(ta)們易溶于水(shui)(shui)(shui)，對人體健康有(you)毒。農業(ye)施肥(fei)等非點源硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)污染地下水(shui)(shui)(shui)和地表水(shui)(shui)(shui)已(yi)成為(wei)工(gong)業(ye)和發(fa)展中(zhong)國家日益嚴重的環境問題。硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)污染是(shi)(shi)由于硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)肥(fei)料的廣泛使用和人類和動(dong)物(wu)廢物(wu)處理不善或未經處理而發(fa)生(sheng)的。硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)是(shi)(shi)許多工(gong)業(ye)過程的副產(chan)品(pin)，包括生(sheng)產(chan)造紙、硝(xiao)(xiao)基有(you)機化(hua)合物(wu)和藥物(wu)化(hua)合物(wu)。亞(ya)硝(xiao)(xiao)胺致癌(ai)的前兆是(shi)(shi)地下水(shui)(shui)(shui)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)濃度的增加。由于這些原因，歐盟限制了飲用水(shui)(shui)(shui)中(zhong)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)的濃度。

　　亞(ya)硝酸鹽(yan)和(he)硝酸鹽(yan)也是(shi)存(cun)在于更多放(fang)射(she)性廢(fei)物中(zhong)的(de)非放(fang)射(she)性廢(fei)物； 硝酸在核武器和(he)核燃(ran)料的(de)生產過程(cheng)中(zhong)被用來(lai)處(chu)理極其有毒的(de)放(fang)射(she)性元素，如鈾和(he)鍶(si)。然而，如果硝酸鹽(yan)濃度較高，可能會影響(xiang)穩定水泥基體的(de)形成(cheng)，使各種金屬加工廢(fei)料難以長期處(chu)理。因此，從健(jian)康和(he)環境的(de)角(jiao)度來(lai)看，去除硝酸鹽(yan)和(he)亞(ya)硝酸鹽(yan)是(shi)非常重(zhong)要的(de)。

　　傳統的(de)(de)去除硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽陰離(li)子的(de)(de)方法包括反滲(shen)透、離(li)子交換(huan)、組合膜(mo)生物反應器/粉末活性炭吸(xi)附、生物膜(mo)電極(ji)反應器(BER)和BER /吸(xi)附過程。這些(xie)方法大多(duo)有一些(xie)缺點(dian)，如高資本、高運營成本或(huo)污泥處(chu)置。

　　未氧化氧化活性(xing)炭DFT孔徑分布。

　　*近，從廢水中(zhong)去除硝(xiao)酸鹽(yan)和(he)亞(ya)硝(xiao)酸鹽(yan)的(de)陰離(li)子，檢(jian)查(cha)了許(xu)多低成本的(de)替代吸附(fu)劑。

　　目前的工(gong)作是提高活性(xing)炭(tan)去除廢水中硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽(yan)離(li)子的能力。為實現這(zhe)一目標，進行(xing)了以下研究：(a)制備和(he)(he)表征活性(xing)炭(tan)，(b)在活性(xing)炭(tan)樣品中建立硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸根離(li)子*大吸附條件，(c)在活性(xing)炭(tan)上評估(gu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽(yan)和(he)(he)亞(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽(yan)離(li)子的動力學和(he)(he)熱力學參(can)數。

　　活性炭吸(xi)附(fu)研究：樣(yang)品選擇(ze)：干(gan)燥(zao)活性炭的(de)固(gu)定非氧化(hua)和氧化(hua)（0.1g)和初始濃度Co = 25mgL -1的(de)原液(ye)的(de)25mL等分試樣(yang)振(zhen)蕩(dang)24小時。過濾各(ge)種混合物，確定溶(rong)液(ye)中的(de)殘(can)留物、硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽含量，以(yi)了解平衡(heng)時間的(de)影(ying)響。通過稀釋NaOH或HCl溶(rong)液(ye)pH從2調整到11。在確定平衡(heng)時間的(de)批量實驗中，我們使用20mL的(de)pH調節溶(rong)液(ye)和30mg吸(xi)附(fu)劑(ji)(ji)。pH該值(zhi)提供了*大的(de)陰(yin)離(li)子去除率。取50毫(hao)克L的(de)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽水溶(rong)液(ye)20ml的(de)進(jin)行-1 NO 3 ˉ不同量的(de)和碳劑(ji)(ji)量為200毫(hao)克Ca(HCO存在3)20-400毫(hao)克L-1。25振(zhen)蕩(dang)時間的(de)作用℃，45℃和55℃24小時進(jin)行。使用離(li)子色譜柱(zhu)：6.1006.超(chao)濾液(ye)：2000陰(yin)離(li)子柱(zhu).5 mmolL-一對(dui)苯二甲酸(suan)，7%乙腈，pH = 4.電導檢測器測定陰(yin)離(li)子濃度。

　　動力學研究

　　動力學試驗研究(jiu)了活性炭對陰離(li)子吸附(fu)效率的影響(NO2-和NO3-氧化活性炭樣品的吸附(fu)效果(guo)，50毫克活性炭和20毫升硝酸鹽的初始(shi)濃(nong)度(du)為50毫升 mg·L - 1.亞硝酸鹽濃(nong)度(du)為5 mg·L -1的時(shi)間為不(bu)同的時(shi)間段，即硝酸鹽和亞硝酸鹽在各種水產養殖和工業廢(fei)水中的濃(nong)度(du)水平]通過(guo)濾紙過(guo)濾懸浮液，分(fen)析(xi)殘余陰離(li)子濃(nong)度(du)。

　　活性炭表征

　　根據所(suo)有元(yuan)素的百(bai)分比(bi)含量(liang)與氧殘留量(liang)之(zhi)間(jian)的差異，的方法是從(cong)元(yuan)素分析中報告氧含量(liang)值。

　　活性炭表征

　　從(cong)元(yuan)(yuan)素分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析中(zhong)報告氧(yang)含量值的(de)(de)常用方法是基(ji)于所有元(yuan)(yuan)素的(de)(de)百分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)比含量與氧(yang)殘留量之間的(de)(de)差異(yi)。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)氧(yang)含量顯著增(zeng)加（從(cong)0開始(shi).92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中(zhong)研究了(le)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)DFT孔徑(jing)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布。給出了(le)表(biao)(biao)面(mian)積和(he)孔體(ti)積的(de)(de)結(jie)果(guo)。顯示了(le)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)微(wei)孔性(xing)質。 　　活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)孔體(ti)積和(he)表(biao)(biao)面(mian)積增(zeng)加，孔徑(jing)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布沒(mei)有明(ming)顯變化(hua)(hua)(hua)。與未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳樣(yang)品(pin)(pin)相比，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積和(he)孔體(ti)積分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)增(zeng)加了(le)約(yue)43%和(he)35%。氧(yang)化(hua)(hua)(hua)和(he)未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)(pin)*大1nm 的(de)(de)微(wei)孔和(he)2-4nm的(de)(de)中(zhong)孔。數據還顯示，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)后毛孔變寬。微(wei)區(qu)增(zeng)強(qiang)，介孔范圍(2-4nm)稍(shao)微(wei)降低。這可能是因為從(cong)容納一個吸附(fu)層的(de)(de)孔寬到兩個，兩個層分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)轉換為三個。                                                                                                                                                                         吸附(fu)材料(liao)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積和(he)孔體(ti)積。1:未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)(pin).二(er)、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)(pin).1:未氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)(pin).二(er)、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)(pin).?DFT：分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布孔徑(jing)；BET：微(wei)孔材料(liao)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)積表(biao)(biao)征(zheng)

　　兩種(zhong)吸(xi)附(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)形(xing)維(wei)數(shu)(shu)(shu)(D)由(you)Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型(xing)計算。在650℃活性(xing)(xing)(xing)炭樣品(pin)具有活性(xing)(xing)(xing)炭D = 2.1.分(fen)數(shu)(shu)(shu)維(wei)數(shu)(shu)(shu)。這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明(ming)(ming)表(biao)(biao)面非常粗(cu)糙或不規則。在用(yong)Na 2 CO 3表(biao)(biao)面改性(xing)(xing)(xing)時(shi)，分(fen)形(xing)維(wei)數(shu)(shu)(shu)減少(D = 2.2)。 　　這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明(ming)(ming)改性(xing)(xing)(xing)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構隨(sui)著小晶(jing)粒和(he)交(jiao)聯(lian)結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)解變得更加有序。對于這(zhe)(zhe)類試劑(ji)，混合碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)反應性(xing)(xing)(xing)大于微晶(jing)碳(tan)； 因(yin)此，交(jiao)聯(lian)碳(tan)主要被消(xiao)耗(hao)掉。交(jiao)聯(lian)分(fen)解導致堵塞孔(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)釋放，從而減少增加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面積和(he)孔(kong)體積。 　　硬度對活性(xing)(xing)(xing)炭去除硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響 　　共存離子是(shi)(shi)碳(tan)酸(suan)氫(qing)鈣，通(tong)常在地下水中發現，并(bing)產生暫時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)硬度。圖(tu)2證明(ming)(ming)了這(zhe)(zhe)一點(dian)。在Ca(HCO 3)2在存在下，硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除率明(ming)(ming)顯降低。這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)物質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)(zhi)作用(yong)可(ke)以歸(gui)因(yin)于NO 3 -和(he)HCO 3 -相同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)離子結構。它們都(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而且都(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N-O和(he)C-O鍵之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度相同，等于120℃。可(ke)以合理地認為，HCO 3個 ˉ陰離子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)競爭性(xing)(xing)(xing)吸(xi)附(fu)到相同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)位(wei)點(dian)RS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面上(shang)。  圖(tu)2：使(shi)用(yong)1：活性(xing)(xing)(xing)炭硬度對去除硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。 　　這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)結果表(biao)(biao)明(ming)(ming)，由(you)KMnO 改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭比這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)吸(xi)附(fu)劑(ji)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)任(ren)何一種(zhong)都(dou)好(hao)得多或更好(hao)。這(zhe)(zhe)可(ke)能與吸(xi)附(fu)機制(zhi)(zhi)有關，包(bao)括離子交(jiao)換和(he)絡合。

　　事實上，開發(fa)低(di)成本(ben)吸附劑(ji)是減少各種化(hua)學工(gong)藝產(chan)生的(de)(de)大量廢(fei)物和(he)有(you)毒(du)廢(fei)水(shui)的(de)(de)主(zhu)要(yao)目標之一(yi)。從這個意義上說，高錳(meng)酸(suan)鉀改(gai)性活性炭對水(shui)溶液中(zhong)的(de)(de)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)有(you)很好(hao)的(de)(de)吸附能(neng)力。在這個問(wen)題上，研究了影響單組分體(ti)系中(zhong)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)離子去(qu)除(chu)的(de)(de)因素(su)：溫度，pH值(zhi)、吸附劑(ji)濃度和(he)活性炭劑(ji)量。在二(er)元(yuan)體(ti)系(NO 3和(he)HCO 3)硬度對硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)去(qu)除(chu)的(de)(de)抑制作(zuo)用是指(zhi)NO 3和(he)HCO 在同一(yi)結構離子和(he)系統(tong)中(zhong)(NO 3和(he)NO 2)由(you)于競(jing)爭效(xiao)應，硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)吸附受到抑制，亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)吸附受到協同吸附的(de)(de)促進。NOM當存(cun)在或不存(cun)在時(shi)，吸附能(neng)力相似(si)，表明硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)對碳(tan)表面的(de)(de)親和(he)力強于硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)和(he)NOM的(de)(de)吸附。