活(huo)性(xing)炭吸附在幾種土壤中

　　活性炭吸(xi)(xi)附(fu)在(zai)幾(ji)種(zhong)土壤(rang)(rang)中，在(zai)土壤(rang)(rang)污(wu)染的(de)(de)情況下，土壤(rang)(rang)改良劑可用(yong)于固(gu)定(ding)有機污(wu)染物，同時保持土壤(rang)(rang)功能，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)是(shi)一(yi)種(zhong)有前(qian)景的(de)(de)土壤(rang)(rang)修復材料(liao)。在(zai)本期實驗中，菲(fei)烯(Phe)用(yong)于污(wu)染土壤(rang)(rang)的(de)(de)污(wu)染物，我們研究了(le)三種(zhong)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)研究了(le)三種(zhong)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對三種(zhong)不同基質(zhi)(zhi)、兩種(zhong)農(nong)業表土和(he)純砂的(de)(de)影響。我們對土壤(rang)(rang)性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)的(de)(de)變化、菲(fei)律賓的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)-解(jie)吸(xi)(xi)和(he)菲(fei)律賓在(zai)所(suo)有治療中的(de)(de)礦化進行了(le)評(ping)估(gu)。

　　石(shi)油(you)碳氫(qing)化合物(wu)污(wu)染是(shi)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)和(he)沉(chen)積物(wu)中(zhong)*常見(jian)的(de)(de)問(wen)題之一(yi)(yi)。菲律賓是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)廣泛存(cun)(cun)在的(de)(de)三環芳(fang)烴，存(cun)(cun)在時間長(chang)，難以從環境(jing)中(zhong)去(qu)除。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)吸附(fu)(fu)(fu)是(shi)控制土(tu)(tu)壤(rang)(rang)和(he)水生(sheng)系統中(zhong)有機(ji)(ji)污(wu)染物(wu)流動性(xing)(xing)、可(ke)用(yong)性(xing)(xing)和(he)目的(de)(de)地的(de)(de)關(guan)鍵過(guo)程。多環芳(fang)烴的(de)(de)吸附(fu)(fu)(fu)行為(wei)(wei)(wei)主要由土(tu)(tu)壤(rang)(rang)有機(ji)(ji)質(zhi)含量調(diao)(diao)節(jie)(jie)，土(tu)(tu)壤(rang)(rang)有機(ji)(ji)質(zhi)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)通(tong)(tong)過(guo)含碳產(chan)(chan)品修復(fu)的(de)(de)參數(shu)。在過(guo)去(qu)的(de)(de)幾(ji)十年里(li)，人們努力探(tan)索和(he)生(sheng)產(chan)(chan)新材料作為(wei)(wei)(wei)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)有效(xiao)、低(di)成(cheng)本的(de)(de)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)修復(fu)工具，并深入研究了(le)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在土(tu)(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)的(de)(de)應(ying)用(yong)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)富含碳的(de)(de)固(gu)體(ti)有機(ji)(ji)物(wu)熱(re)分解(jie)產(chan)(chan)物(wu)。熱(re)解(jie)有機(ji)(ji)物(wu)(木炭(tan)(tan)(tan)、生(sheng)物(wu)炭(tan)(tan)(tan)、活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan))的(de)(de)行為(wei)(wei)(wei)明顯不同于土(tu)(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)所含的(de)(de)無熱(re)原有機(ji)(ji)物(wu)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)強吸附(fu)(fu)(fu)性(xing)(xing)能可(ke)以通(tong)(tong)過(guo)改(gai)變土(tu)(tu)壤(rang)(rang)性(xing)(xing)質(zhi)來調(diao)(diao)節(jie)(jie)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)芳(fang)烴的(de)(de)降解(jie)過(guo)程，但(dan)也(ye)可(ke)以通(tong)(tong)過(guo)降低(di)有機(ji)(ji)污(wu)染物(wu)的(de)(de)可(ke)用(yong)性(xing)(xing)來調(diao)(diao)節(jie)(jie)。

　　土(tu)壤(rang)、沙(sha)子(zi)(zi)和活性炭(tan)的來(lai)源(yuan)來(lai)自兩個農田(土(tu)壤(rang)1、土(tu)壤(rang)2)。沙(sha)子(zi)(zi)用(yong)10%HCl洗滌40-100μm低鐵砂(sha)粒度，然后(hou)用(yong)去離子(zi)(zi)水沖洗10次(ci)，直到(dao)pH上升并穩定到(dao)5.5。三種來(lai)自不同來(lai)源(yuan)的活性炭(tan)用(yong)于實驗:(1)木(mu)質活性炭(tan)(AC(2)根系活性炭(tan)(AC和(3)農作物活性炭(tan)(AC3)。

　　土壤修復的方法

　　將(jiang)活性炭(尺(chi)寸<1mm)以(yi)1%(w/w)的(de)(de)比(bi)率(lv)摻入測試(shi)的(de)(de)土壤(rang)和沙子中，這是一個(ge)模擬自然環(huan)境的(de)(de)修(xiu)復過程，考慮到(dao)30 cm的(de)(de)土壤(rang)深(shen)度和約1.6t m-3的(de)(de)土壤(rang)密度。將(jiang)混合物均(jun)化后(hou)，將(jiang)每個(ge)樣品潤濕(shi)至(zhi)60%的(de)(de)保(bao)水能力，并在室溫(20-25℃)下在聚乙烯袋(dai)中平衡15天。所有(you)程序(xu)和實驗(基(ji)本表征，批次(ci)相互作用和土壤(rang)培養(yang))進(jin)行3-4次(ci)重復。

　　菲的吸附實驗

　　在(zai)玻璃(li)離(li)心管(guan)和(he)7ml不同濃度(du)的(de)菲烯溶液中放入0.7g摻入活性炭的(de)干燥土(tu)壤。通過在(zai)10mm CaCl 2和(he)1.5的(de)背(bei)景溶液中保(bao)持(chi)乙(yi)醇的(de)比例<0.1%，將試管(guan)在(zai)頂置振蕩器(qi)中以(yi)100rpm搖動24小(xiao)時，然(ran)后(hou)將它們以(yi)2700g離(li)心15分鐘(zhong)，取1ml上清(qing)(qing)液的(de)等分試樣。在(zai)β計(ji)(ji)數(shu)器(qi)中通過液體閃(shan)爍計(ji)(ji)數(shu)進行處理(li)和(he)分析，并(bing)在(zai)相互作用的(de)7,24和(he)48小(xiao)時取上清(qing)(qing)液的(de)等分試樣。

　　菲的解吸實驗

　　對于該實(shi)(shi)(shi)驗，我(wo)(wo)們選擇在相互作用后從吸附實(shi)(shi)(shi)驗中獲(huo)取活性炭(tan)土(tu)壤菲的樣品。我(wo)(wo)們在吸附實(shi)(shi)(shi)驗中提取了(le)保留在土(tu)壤中的菲，劑量(liang)為1μg菲g-1土(tu)壤有六個表示。

　　熱化合(he)物在(zai)高重力下改性

　　高重(zhong)力環(huan)境下活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的熱化合物改性(xing)(xing)(xing)。將100g以活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)為(wei)填料層(ceng)，9000r/min速度操作300分鐘(zhong)，99%氮(dan)氣通過入(ru)口。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表示(shi)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)-RPB-N。原始活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)和活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)-RPB-N用1mol·L-1HNO 3在(zai)70攝氏度，流速40L·min-1，轉速36.3Hz改性(xing)(xing)(xing)。處(chu)理后，用去離子水沖(chong)洗后，將兩(liang)個樣品在(zai)110℃的真空烘(hong)箱中(zhong)干燥24小時(shi)，并分別表示(shi)為(wei)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)-RPB-HNO和活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)-RPB-N-HNO。

　　在高重力物理改性過程中，氮分(fen)布(bu)不再是從(cong)頂(ding)部到底(di)部的(de)單一流動，而是通過各個方向的(de)對流輸送到活性炭。與(yu)活性炭接觸后，氮產生新的(de)微(wei)孔，挖掘(jue)現有的(de)吸附通道。因此，它增加了它們的(de)表(biao)面積(ji)和孔容量。簡化原理圖如(ru)圖1所示。

　　氮和硝酸(suan)改性在(zai)正常和高重力環境中(zhong)的(de)示意圖。

　　實驗研究活性(xing)炭吸附性(xing)能

　　研究了活性炭在(zai)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)柱中吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)甲(jia)(jia)苯(ben)(ben)的能(neng)力。活性炭用量(liang)(liang)為(wei)10g，氣(qi)體發(fa)生器(qi)(qi)產生吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)質甲(jia)(jia)苯(ben)(ben)氣(qi)體。活性炭吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)性能(neng)的數據(ju)是通(tong)過測(ce)(ce)量(liang)(liang)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)前后(hou)甲(jia)(jia)苯(ben)(ben)的濃度來獲得(de)的。實驗吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)裝置的流(liu)程圖如圖2所示。甲(jia)(jia)苯(ben)(ben)氣(qi)體與氮(dan)氣(qi)混合，然(ran)后(hou)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)在(zai)恒溫(wen)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)塔中。通(tong)過在(zai)線FID檢測(ce)(ce)器(qi)(qi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)前后(hou)的甲(jia)(jia)苯(ben)(ben)含量(liang)(liang)，并(bing)通(tong)過流(liu)量(liang)(liang)計控制甲(jia)(jia)苯(ben)(ben)流(liu)量(liang)(liang)。當脫氣(qi)和入口濃度在(zai)30分鐘(zhong)內保持一(yi)致時，認為(wei)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平衡已經達(da)到。通(tong)過廢氣(qi)出口排出吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)氣(qi)體。

　　實驗吸附流動圖。

　　幾種活性炭對甲苯的吸附(fu)性能比較(jiao)

　　不(bu)(bu)同活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)上(shang)甲苯(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)穿透(tou)(tou)曲線和吸(xi)(xi)附等溫曲線如(ru)圖3所(suo)示(shi)和4所(suo)示(shi)。不(bu)(bu)同活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附率(lv)(lv)從高(gao)到低依次為：活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)-RPB-N-HNO>活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)-RPB-HNO>活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)-HNO>活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)-RPB-N>活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)-N>原始(shi)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)。吸(xi)(xi)附率(lv)(lv)越大，滲(shen)透(tou)(tou)時(shi)間越長(chang)，這與活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)復雜孔(kong)徑分(fen)(fen)(fen)布和表(biao)(biao)面官能(neng)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量有關(guan)。高(gao)溫氮氣中活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)微孔(kong)體(ti)(ti)積(ji)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)通道的(de)(de)(de)(de)(de)內孔(kong)體(ti)(ti)積(ji)。在(zai)高(gao)重(zhong)力氮氣環境(jing)中，不(bu)(bu)利于(yu)甲苯(ben)吸(xi)(xi)收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)原始(shi)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)內部結(jie)構(gou)被重(zhong)新(xin)(xin)分(fen)(fen)(fen)配(pei)并分(fen)(fen)(fen)裂成新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)空間結(jie)構(gou)，進一步增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了突破時(shi)間。HNO 在(zai)高(gao)重(zhong)力環境(jing)下(xia)(xia)，3處理(li)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)突破時(shi)間大于(yu)改性(xing)HNO 改性(xing)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)浸(jin)泡。這是因(yin)為HNO 在(zai)分(fen)(fen)(fen)散的(de)(de)(de)(de)(de)小液滴中，增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了與活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面和內部接觸的(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)性(xing)，進而增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)上(shang)含氧(yang)官能(neng)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)負(fu)荷，提高(gao)了其吸(xi)(xi)附效率(lv)(lv)。在(zai)重(zhong)力作用下(xia)(xia)，復合(he)改性(xing)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)具有較(jiao)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)穿透(tou)(tou)時(shi)間和較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附率(lv)(lv)，因(yin)為物理(li)改性(xing)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了比(bi)表(biao)(biao)面積(ji)，增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了孔(kong)體(ti)(ti)積(ji)分(fen)(fen)(fen)布，而化學(xue)改性(xing)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)了表(biao)(biao)面氧(yang)基團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量。反過來，這些(xie)特性(xing)增(zeng)(zeng)強了吸(xi)(xi)附性(xing)。

　　活性炭的突破曲線。

　　等溫曲線吸(xi)附活性炭(tan)。

　　活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在常規和高重(zhong)力環境高重(zhong)力環境下進行了(le)(le)物(wu)理、化(hua)學和化(hua)合(he)物(wu)改性(xing)(xing)(xing)(xing)。研究了(le)(le)甲(jia)苯在不(bu)同活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)上的吸附。高重(zhong)力化(hua)合(he)物(wu)改性(xing)(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)具有*大的吸附率和容(rong)量。還發現，微孔結構在活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附甲(jia)苯的過(guo)程中起著主導作用(yong)。由于化(hua)合(he)物(wu)的改性(xing)(xing)(xing)(xing)，活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的優異吸附能力增加(jia)了(le)(le)有效(xiao)吸附位點的數量。活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)-RPB-N-HNO上甲(jia)苯表面覆蓋率為51.67%。因此，活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在高重(zhong)力下的復(fu)合(he)改性(xing)(xing)(xing)(xing)可以(yi)大大提高吸附性(xing)(xing)(xing)(xing)能。

<