活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)浸(jin)漬或沉(chen)淀(dian)(IV)氟吸附(fu)(fu)通(tong)常在(zai)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)時得到改善。這(zhe)些雜化(hua)吸附(fu)(fu)劑可以通(tong)過(guo)控制浸(jin)漬條件來改善，這(zhe)已經確定Zr組裝和分散在(zai)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)。活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)這(zhe)里使(shi)用Zr(IV)與草酸(OA)共(gong)同改性(xing)(xing)，使(shi)鋯(gao)分散體*大化(hua)，增(zeng)強氟化(hua)物吸附(fu)(fu)。吸附(fu)(fu)實(shi)驗(yan)在(zai)pH7和25℃氟濃度為40 mg L -1。活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)經過(guo)OA / Zr氟化(hua)物吸附(fu)(fu)的(de)*佳條件是(shi)改性(xing)(xing)。電位滴(di)定顯示，改性(xing)(xing)后(hou)的(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(鋯(gao)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan))在(zai)pH正電荷低于7，分析(xi)表(biao)明鋯(gao)離子主要與活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)的(de)羧基相互作用。

　　此外，氟(fu)(fu)化物可(ke)以存在(zai)于飲用水(shui)中(zhong)，約0.7毫(hao)克(ke)L -1的(de)(de)水(shui)平被認為是有(you)益的(de)(de)，但如(ru)果超過1.5毫(hao)克(ke)L -1則有(you)害。飲用水(shui)或(huo)地下(xia)水(shui)(飲用水(shui)的(de)(de)主要來源(yuan)之(zhi)一)攝入高氟(fu)(fu)化物濃(nong)(nong)度會造成(cheng)危害，嚴(yan)重時(shi)會導致(zhi)氟(fu)(fu)中(zhong)毒(牙齒和骨骼(ge)異常)或(huo)神經損(sun)傷。氟(fu)(fu)化物濃(nong)(nong)度，*多30毫(hao)克(ke)的(de)(de)L -世界上許多地區都(dou)能(neng)找到地下(xia)水(shui)，而且它至少存在(zai)于25個國家(jia)。

　　許(xu)多研究集中在從水(shui)溶液中去除(chu)氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)工(gong)程的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)劑(ji)，包(bao)括氧化(hua)鋁(lv)、粘土(tu)、礦物(wu)(wu)(wu)(wu)質和(he)植物(wu)(wu)(wu)(wu)、活(huo)性炭和(he)納(na)米管 ，稀有氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)、聚(ju)合物(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)樹脂。還知道，一些(xie)(xie)(xie)金屬氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁(lv)、鋯(gao)或鈦，可以顯著增加氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)。活(huo)性炭具有天然（未(wei)改性）的(de)(de)巨大表(biao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)，是(shi)水(shui)中氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)優良吸(xi)附(fu)(fu)劑(ji)，但能(neng)(neng)提(ti)(ti)供(gong)穩定的(de)(de)支持，實現強(qiang)氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)劑(ji)金屬相(xiang)的(de)(de)高(gao)分散，抑(yi)(yi)制(zhi)這(zhe)些(xie)(xie)(xie)活(huo)性金屬顆(ke)(ke)粒的(de)(de)燒結或體(ti)(ti)積(ji)(ji)沉淀。當(dang)這(zhe)種活(huo)性炭材(cai)料使用(yong)鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金屬絡合物(wu)(wu)(wu)(wu)浸漬時，吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)提(ti)(ti)高(gao)了3-5倍 。提(ti)(ti)高(gao)氟(fu)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)的(de)(de)關鍵因素是(shi)控(kong)制(zhi)活(huo)性炭表(biao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)負載金屬相(xiang)的(de)(de)尺寸分布。還能(neng)(neng)抑(yi)(yi)制(zhi)這(zhe)些(xie)(xie)(xie)活(huo)性金屬顆(ke)(ke)粒的(de)(de)燒結或體(ti)(ti)積(ji)(ji)沉淀。

　　一些研究(jiu)已經集(ji)中(zhong)在(zai)(zai)(zai)(zai)裝載鋯上(IV)金屬鹽溶液(ye)通(tong)過浸(jin)漬(zi)或(huo)沉淀轉(zhuan)化為幾種(zhong)吸附劑。雖然這種(zhong)合(he)成(cheng)操作很(hen)簡單(dan)，但由于(yu)(yu)(yu)pH，離子(zi)強(qiang)度(du)(du)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)或(huo)已知會影(ying)響(xiang)離子(zi)強(qiang)度(du)(du)Zr(IV)顆粒(li)的(de)(de)聚集(ji)和重組(zu)的(de)(de)其他因(yin)素(su)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，難以理(li)解和優(you)化。在(zai)(zai)(zai)(zai)許(xu)多情況下，由于(yu)(yu)(yu)平均尺寸范圍(wei)為納米至微米，吸附劑的(de)(de)特定面積(ji)為Zr在(zai)(zai)(zai)(zai)常規(gui)合(he)成(cheng)中(zhong)，顆粒(li)孔(kong)堵塞并(bing)下降，不受控(kong)制(zhi)(zhi)。我們(men)認為，在(zai)(zai)(zai)(zai)合(he)成(cheng)過程(cheng)中(zhong)結合(he)粒(li)子(zi)表(biao)面或(huo)核的(de)(de)絡合(he)（或(huo)螯合(he)）配體，有助于(yu)(yu)(yu)控(kong)制(zhi)(zhi)分散金屬的(de)(de)生長和*終粒(li)度(du)(du)分布。有機酸已被證明處(chu)于(yu)(yu)(yu)成(cheng)核和聚合(he)階段。該方法尚未系統(tong)地用于(yu)(yu)(yu)包含(han)Zr納米顆粒(li)負載在(zai)(zai)(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)等碳表(biao)面，因(yin)此采用高機械(xie)強(qiang)度(du)(du)、優(you)良的(de)(de)流通(tong)系統(tong)滲透性(xing)和高活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面，用于(yu)(yu)(yu)飲用水系統(tong)的(de)(de)脫氟過程(cheng)。本研究(jiu)的(de)(de)目的(de)(de)是利用草酸作為浸(jin)漬(zi)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)復合(he)配體來(lai)控(kong)制(zhi)(zhi)含(han)量Zr(Ⅳ)顆粒(li)粒(li)徑，提(ti)(ti)出(chu)可能(neng)的(de)(de)氟吸附機制(zhi)(zhi)，提(ti)(ti)高顆粒(li)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)氟吸附能(neng)力。

　　鋯(gao)改性用(yong)于活性炭

　　根據考慮(lv)了(le)Zr(IV)/有(you)(you)機封端劑(Zr / OA)在實驗設(she)計(ji)中，采用鋯浸漬活(huo)性(xing)(xing)炭，以確定具有(you)(you)*高氟吸附能力的(de)(de)(de)吸附劑。添(tian)加(jia)活(huo)性(xing)(xing)炭Zr 2  ?15 %的(de)(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中。然后(hou)(hou)，將(jiang)浸漬活(huo)性(xing)(xing)炭和10mL的(de)(de)(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)(de)(de)草酸溶(rong)液(ye)混合1天，然后(hou)(hou)過濾、漂洗和60%℃干燥12小時。由此產(chan)生的(de)(de)(de)浸漬活(huo)性(xing)(xing)炭稱為(wei)ZrOx-AC。將(jiang)F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)中，獲得的(de)(de)(de)材料(liao)是鋯改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭。所有(you)(you)浸漬過程均為(wei)25℃進行。

　　活性(xing)炭吸附氟化物(wu)機理

　　這里使(shi)用的(de)(de)多種光(guang)譜(pu)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)氟化物吸附過程中(zhong)有價值的(de)(de)信(xin)息。光(guang)譜(pu)分析(xi)確定了(le)商業活性(xing)炭(F400)參與氟化物吸收(shou)Zr(IV)主要的(de)(de)離子(zi)錨定官(guan)能團(tuan)。此外，這些分析(xi)有助于確定碳(tan)表面氟氧化鋯(gao)的(de)(de)類(lei)型。

　　因此，根據(ju)(ju)本研究中的所有證據(ju)(ju)，可以(yi)假設(she)氟(fu)吸附機制（上圖）。首(shou)先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解Zr(IV)-COOH通(tong)過靜電相互(hu)作用形成形成CO-Zr鍵。考(kao)慮(lv)到鋯(IV)能形成四面(mian)體和八面(mian)體的聚合物結構。因此，可以(yi)提(ti)出活性炭表面(mian)氧(yang)官能度的**相互(hu)作用，見(jian)圖。

　　簡(jian)而(er)言之，表示活性炭Zr在混合(he)過程中(zhong)加入草(cao)酸可以(yi)使氟吸附簡(jian)單(dan)Zr摻雜(za)的(de)AC下以(yi)1.05的(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們(men)的(de)工作(zuo)表明，增強(qiang)機制(zhi)涉及Zr離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)OA它控制(zhi)成核，限制(zhi)在常規方法中(zhong)Zr分散的(de)ZrO 二顆粒的(de)生長(chang)。鋯活性表面積增加，與(yu)活性炭表面位點有關OA分子(zi)(zi)(zi)復合(he)物的(de)形式留下了一些高活性Zr。*后(hou)，從Zr-羥基交換(huan)在草(cao)酸鹽(yan)的(de)表面位置Zr = O氟離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與(yu)鋯離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)正電荷相互作(zuo)用。