活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯浸漬(zi)或沉淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)附(fu)通常在(zai)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)時得到改(gai)善。這些雜化(hua)吸(xi)附(fu)劑(ji)可(ke)以通過(guo)控制(zhi)浸漬(zi)條件(jian)來改(gai)善，這已(yi)經(jing)確定Zr組裝和(he)分散(san)在(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)這里使(shi)用(yong)Zr(IV)與草酸(OA)共同改(gai)性(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯分散(san)體*大化(hua)，增強氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)。吸(xi)附(fu)實驗在(zai)pH7和(he)25℃氟(fu)(fu)濃度為40 mg L -1。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)經(jing)過(guo)OA / Zr氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)的*佳條件(jian)是改(gai)性(xing)(xing)(xing)。電位滴定顯示(shi)，改(gai)性(xing)(xing)(xing)后的活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(鋯改(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan))在(zai)pH正電荷低于7，分析(xi)表明鋯離子主要(yao)與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面的羧基相互作用(yong)。

　　此外，氟化物可以存在(zai)于(yu)飲(yin)用水(shui)中，約0.7毫(hao)克L -1的(de)水(shui)平(ping)被認(ren)為是有(you)益的(de)，但如果超過1.5毫(hao)克L -1則(ze)有(you)害。飲(yin)用水(shui)或(huo)地下(xia)水(shui)(飲(yin)用水(shui)的(de)主要來源(yuan)之一)攝入高氟化物濃(nong)度(du)(du)會(hui)造成危害，嚴重時會(hui)導致氟中毒(du)(牙齒和(he)骨骼異常)或(huo)神經(jing)損傷(shang)。氟化物濃(nong)度(du)(du)，*多(duo)30毫(hao)克的(de)L -世界上許多(duo)地區都能找(zhao)到地下(xia)水(shui)，而且它至(zhi)少存在(zai)于(yu)25個國(guo)家。

　　許多(duo)研究集中在從水溶(rong)液中去除氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)工(gong)程(cheng)的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附劑，包(bao)括(kuo)氧化(hua)鋁(lv)、粘土、礦(kuang)物(wu)(wu)(wu)質和(he)植物(wu)(wu)(wu)、活性(xing)炭(tan)和(he)納米(mi)管 ，稀有(you)氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚(ju)合物(wu)(wu)(wu)和(he)樹脂。還(huan)知(zhi)道(dao)，一些(xie)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)，如鐵(tie)、錳(meng)、蘭、鋁(lv)、鋯或(huo)鈦，可以(yi)顯著增(zeng)加氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)。活性(xing)炭(tan)具有(you)天然（未改性(xing)）的(de)(de)巨大表面積(ji)，是水中氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)優良吸(xi)(xi)(xi)附劑，但能(neng)提供穩(wen)定的(de)(de)支持，實現強氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附劑金(jin)(jin)(jin)屬(shu)相(xiang)(xiang)的(de)(de)高分(fen)散(san)，抑(yi)制這些(xie)活性(xing)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)顆粒(li)的(de)(de)燒(shao)結或(huo)體(ti)積(ji)沉淀(dian)。當這種活性(xing)炭(tan)材料使(shi)用鋯鋯時(shi)(IV)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)絡合物(wu)(wu)(wu)浸漬(zi)時(shi)，吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)提高了3-5倍 。提高氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)的(de)(de)關鍵因(yin)素是控(kong)制活性(xing)炭(tan)表面積(ji)和(he)負載金(jin)(jin)(jin)屬(shu)相(xiang)(xiang)的(de)(de)尺寸分(fen)布。還(huan)能(neng)抑(yi)制這些(xie)活性(xing)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)顆粒(li)的(de)(de)燒(shao)結或(huo)體(ti)積(ji)沉淀(dian)。

　　一些(xie)研究已(yi)經集(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)裝載鋯上(IV)金屬鹽溶液通過浸漬(zi)或沉淀轉化為(wei)(wei)(wei)幾種(zhong)吸附(fu)劑。雖然這種(zhong)合(he)成操作很簡單，但由于(yu)pH，離子(zi)強(qiang)度(du)存在(zai)或已(yi)知(zhi)會影響(xiang)離子(zi)強(qiang)度(du)Zr(IV)顆(ke)粒(li)(li)的聚集(ji)和(he)(he)重組的其他(ta)因素的影響(xiang)，難以(yi)理解和(he)(he)優(you)(you)化。在(zai)許多情(qing)況下(xia)(xia)，由于(yu)平均尺寸范(fan)圍為(wei)(wei)(wei)納米至微米，吸附(fu)劑的特(te)定面積為(wei)(wei)(wei)Zr在(zai)常規合(he)成中(zhong)(zhong)，顆(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下(xia)(xia)降，不受控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。我(wo)們(men)認為(wei)(wei)(wei)，在(zai)合(he)成過程中(zhong)(zhong)結合(he)粒(li)(li)子(zi)表面或核的絡合(he)（或螯合(he)）配體，有助(zhu)于(yu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)分(fen)散金屬的生長和(he)(he)*終粒(li)(li)度(du)分(fen)布。有機酸(suan)已(yi)被證明處于(yu)成核和(he)(he)聚合(he)階段(duan)。該(gai)方法尚未系統地用(yong)于(yu)包含(han)Zr納米顆(ke)粒(li)(li)負(fu)載在(zai)活性(xing)炭等碳表面，因此采用(yong)高機械強(qiang)度(du)、優(you)(you)良的流通系統滲透性(xing)和(he)(he)高活性(xing)炭表面，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系統的脫氟(fu)過程。本研究的目的是利(li)用(yong)草酸(suan)作為(wei)(wei)(wei)浸漬(zi)過程中(zhong)(zhong)的復合(he)配體來控(kong)(kong)(kong)制(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提(ti)出可能(neng)的氟(fu)吸附(fu)機制(zhi)，提(ti)高顆(ke)粒(li)(li)活性(xing)炭的氟(fu)吸附(fu)能(neng)力。

　　鋯(gao)改性(xing)用于活(huo)性(xing)炭(tan)

　　根據考慮了(le)Zr(IV)/有機封端劑(ji)(ji)(Zr / OA)在實驗設計中，采(cai)用鋯浸(jin)(jin)(jin)(jin)漬活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，以確定具有*高氟吸(xi)附能力(li)的(de)吸(xi)附劑(ji)(ji)。添加(jia)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液(ye)中。然后(hou)，將(jiang)浸(jin)(jin)(jin)(jin)漬活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和10mL的(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)草(cao)酸溶液(ye)混(hun)合1天，然后(hou)過(guo)濾、漂(piao)洗和60%℃干燥12小(xiao)時。由(you)此產(chan)生的(de)浸(jin)(jin)(jin)(jin)漬活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)稱(cheng)為ZrOx-AC。將(jiang)F400加(jia)入(ru)到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶液(ye)中，獲得的(de)材料是鋯改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。所有浸(jin)(jin)(jin)(jin)漬過(guo)程均為25℃進行。

　　活性(xing)炭吸附氟化物機理

　　這里(li)使用的(de)(de)多種光(guang)(guang)譜(pu)技術與電(dian)位滴定(ding)提供了關于Zr-活性(xing)炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)過(guo)程中有(you)價值的(de)(de)信(xin)息。光(guang)(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)確定(ding)了商(shang)業活性(xing)炭(F400)參與氟化(hua)物(wu)吸(xi)收Zr(IV)主要的(de)(de)離子(zi)錨定(ding)官能團。此外，這些分(fen)析(xi)有(you)助于確定(ding)碳(tan)表面(mian)氟氧化(hua)鋯的(de)(de)類型。

　　因(yin)此，根據本研究中的(de)(de)所有證據，可(ke)以假設氟(fu)吸附機制（上圖(tu)）。首先(xian)，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)(de)水解(jie)Zr(IV)-COOH通過靜電相(xiang)互作用形成(cheng)(cheng)形成(cheng)(cheng)CO-Zr鍵(jian)。考(kao)慮到鋯(gao)(IV)能形成(cheng)(cheng)四(si)面(mian)體(ti)和八面(mian)體(ti)的(de)(de)聚合物結構。因(yin)此，可(ke)以提出活(huo)性炭表(biao)面(mian)氧(yang)官能度的(de)(de)**相(xiang)互作用，見圖(tu)。

　　簡(jian)而言之，表(biao)示(shi)活性炭Zr在(zai)混合過程中(zhong)加入草酸(suan)(suan)可(ke)以使氟(fu)吸附簡(jian)單Zr摻(chan)雜(za)的(de)(de)AC下以1.05的(de)(de)*佳Zr / OA比提高(gao)3倍。我們的(de)(de)工作(zuo)表(biao)明(ming)，增強機制涉及(ji)Zr離(li)子(zi)的(de)(de)OA它控制成核，限制在(zai)常規方法中(zhong)Zr分散的(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)生長。鋯活性表(biao)面(mian)(mian)積增加，與(yu)活性炭表(biao)面(mian)(mian)位(wei)點有(you)關OA分子(zi)復合物的(de)(de)形(xing)式留下了一些高(gao)活性Zr。*后，從(cong)Zr-羥基(ji)交換在(zai)草酸(suan)(suan)鹽的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)位(wei)置Zr = O氟(fu)離(li)子(zi)與(yu)鋯離(li)子(zi)的(de)(de)正電荷相互作(zuo)用。