活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯(gao)浸(jin)漬或沉淀(IV)氟吸(xi)附通(tong)常在(zai)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)時得(de)到改善。這些雜化(hua)吸(xi)附劑可(ke)以(yi)通(tong)過控制浸(jin)漬條件來改善，這已(yi)經(jing)確(que)定(ding)Zr組裝和(he)分(fen)散在(zai)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)這里使(shi)用(yong)Zr(IV)與草(cao)酸(OA)共同改性(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯(gao)分(fen)散體(ti)*大(da)化(hua)，增強氟化(hua)物吸(xi)附。吸(xi)附實驗在(zai)pH7和(he)25℃氟濃度為(wei)40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)經(jing)過OA / Zr氟化(hua)物吸(xi)附的(de)(de)*佳條件是(shi)改性(xing)(xing)(xing)。電位滴(di)定(ding)顯示，改性(xing)(xing)(xing)后的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(鋯(gao)改性(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan))在(zai)pH正(zheng)電荷(he)低于(yu)7，分(fen)析表(biao)(biao)明鋯(gao)離子主要與活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面的(de)(de)羧基相互作(zuo)用(yong)。

　　此外，氟(fu)(fu)化物可以(yi)存在于(yu)飲(yin)(yin)用水(shui)中，約0.7毫克(ke)L -1的(de)(de)水(shui)平(ping)被認為是有益的(de)(de)，但如果(guo)超過(guo)1.5毫克(ke)L -1則(ze)有害。飲(yin)(yin)用水(shui)或地下水(shui)(飲(yin)(yin)用水(shui)的(de)(de)主(zhu)要來(lai)源之一(yi))攝入高氟(fu)(fu)化物濃度(du)會造成危(wei)害，嚴(yan)重(zhong)時(shi)會導致氟(fu)(fu)中毒(牙(ya)齒和骨骼異(yi)常)或神經(jing)損傷。氟(fu)(fu)化物濃度(du)，*多30毫克(ke)的(de)(de)L -世界上(shang)許多地區都能找到地下水(shui)，而(er)且它至少存在于(yu)25個(ge)國(guo)家。

　　許多研究集中(zhong)在從水溶液中(zhong)去除氟(fu)(fu)化物(wu)工程(cheng)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)劑，包括氧(yang)化鋁、粘(zhan)土、礦(kuang)物(wu)質和(he)(he)植(zhi)物(wu)、活性炭和(he)(he)納(na)米管 ，稀有氧(yang)化物(wu)、聚合物(wu)和(he)(he)樹脂。還(huan)知(zhi)道，一些(xie)金(jin)屬(shu)氧(yang)化物(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或鈦，可以顯著增加(jia)氟(fu)(fu)化物(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)能力(li)。活性炭具有天然（未改(gai)性）的(de)(de)(de)巨大表(biao)面積(ji)，是水中(zhong)氟(fu)(fu)化物(wu)的(de)(de)(de)優良吸(xi)附(fu)(fu)劑，但(dan)能提供穩(wen)定的(de)(de)(de)支持，實現強氟(fu)(fu)化物(wu)吸(xi)附(fu)(fu)劑金(jin)屬(shu)相的(de)(de)(de)高分(fen)散(san)，抑制(zhi)這些(xie)活性金(jin)屬(shu)顆(ke)粒的(de)(de)(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀(dian)。當這種活性炭材(cai)料(liao)使(shi)用鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金(jin)屬(shu)絡合物(wu)浸漬時，吸(xi)附(fu)(fu)能力(li)提高了3-5倍 。提高氟(fu)(fu)化物(wu)吸(xi)附(fu)(fu)能力(li)的(de)(de)(de)關鍵因素是控制(zhi)活性炭表(biao)面積(ji)和(he)(he)負載金(jin)屬(shu)相的(de)(de)(de)尺(chi)寸分(fen)布。還(huan)能抑制(zhi)這些(xie)活性金(jin)屬(shu)顆(ke)粒的(de)(de)(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀(dian)。

　　一些研究(jiu)已(yi)經集(ji)中(zhong)在(zai)(zai)(zai)裝載(zai)(zai)鋯上(IV)金(jin)(jin)屬(shu)鹽(yan)溶液通過浸漬(zi)或(huo)沉淀轉化為(wei)幾種吸(xi)附(fu)劑(ji)。雖然這(zhe)種合(he)(he)成(cheng)操作(zuo)很簡(jian)單，但由(you)(you)于(yu)pH，離子強度(du)存(cun)在(zai)(zai)(zai)或(huo)已(yi)知會影響離子強度(du)Zr(IV)顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)聚(ju)集(ji)和(he)重組的(de)其他因素的(de)影響，難(nan)以理解和(he)優(you)(you)化。在(zai)(zai)(zai)許多(duo)情況(kuang)下(xia)，由(you)(you)于(yu)平均尺(chi)寸范圍(wei)為(wei)納米(mi)(mi)至微(wei)米(mi)(mi)，吸(xi)附(fu)劑(ji)的(de)特定面(mian)(mian)積為(wei)Zr在(zai)(zai)(zai)常(chang)規合(he)(he)成(cheng)中(zhong)，顆(ke)(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下(xia)降，不(bu)受控制(zhi)。我們(men)認(ren)為(wei)，在(zai)(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)過程中(zhong)結合(he)(he)粒(li)(li)子表面(mian)(mian)或(huo)核(he)的(de)絡(luo)合(he)(he)（或(huo)螯合(he)(he)）配體，有助(zhu)于(yu)控制(zhi)分散金(jin)(jin)屬(shu)的(de)生長(chang)和(he)*終粒(li)(li)度(du)分布。有機酸(suan)已(yi)被證明處(chu)于(yu)成(cheng)核(he)和(he)聚(ju)合(he)(he)階段(duan)。該(gai)方法尚(shang)未系(xi)統(tong)地(di)用(yong)(yong)于(yu)包含Zr納米(mi)(mi)顆(ke)(ke)粒(li)(li)負(fu)載(zai)(zai)在(zai)(zai)(zai)活性(xing)炭等碳表面(mian)(mian)，因此采用(yong)(yong)高(gao)機械強度(du)、優(you)(you)良的(de)流通系(xi)統(tong)滲透性(xing)和(he)高(gao)活性(xing)炭表面(mian)(mian)，用(yong)(yong)于(yu)飲用(yong)(yong)水(shui)系(xi)統(tong)的(de)脫氟過程。本(ben)研究(jiu)的(de)目的(de)是利用(yong)(yong)草酸(suan)作(zuo)為(wei)浸漬(zi)過程中(zhong)的(de)復合(he)(he)配體來控制(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提(ti)出(chu)可能(neng)的(de)氟吸(xi)附(fu)機制(zhi)，提(ti)高(gao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)活性(xing)炭的(de)氟吸(xi)附(fu)能(neng)力。

　　鋯改性用于活性炭

　　根據考慮了(le)Zr(IV)/有機封端劑(Zr / OA)在實驗設計(ji)中，采用鋯浸漬活性(xing)炭，以確定(ding)具有*高氟(fu)吸附(fu)能力(li)的(de)吸附(fu)劑。添(tian)加活性(xing)炭Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液中。然(ran)后(hou)，將浸漬活性(xing)炭和(he)10mL的(de)0.01-12.將2%的(de)草酸溶液混合1天，然(ran)后(hou)過(guo)濾、漂洗和(he)60%℃干(gan)燥12小時(shi)。由此產生的(de)浸漬活性(xing)炭稱為ZrOx-AC。將F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶液中，獲得的(de)材料是鋯改性(xing)活性(xing)炭。所有浸漬過(guo)程均為25℃進行(xing)。

　　活(huo)性炭吸附氟化物(wu)機理

　　這(zhe)里使用的(de)多種光譜(pu)技術與(yu)電(dian)位滴定(ding)提供了關(guan)于Zr-活性炭浸漬草酸(suan)(ZrOx-AC)氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸附過程中有價值的(de)信息(xi)。光譜(pu)分析(xi)確定(ding)了商業活性炭(F400)參與(yu)氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸收Zr(IV)主要的(de)離(li)子錨定(ding)官能團。此外(wai)，這(zhe)些分析(xi)有助(zhu)于確定(ding)碳(tan)表(biao)面氟(fu)(fu)氧化(hua)鋯的(de)類型。

　　因(yin)此，根(gen)據本研(yan)究中的(de)所有證(zheng)據，可以假設氟吸(xi)附機(ji)制（上圖(tu)）。首(shou)先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)水解Zr(IV)-COOH通過靜電相(xiang)互作(zuo)用(yong)形(xing)成形(xing)成CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能形(xing)成四面(mian)體和八(ba)面(mian)體的(de)聚合物結(jie)構。因(yin)此，可以提(ti)出活性(xing)炭表面(mian)氧(yang)官能度(du)的(de)**相(xiang)互作(zuo)用(yong)，見(jian)圖(tu)。

　　簡而言之，表(biao)(biao)示(shi)活(huo)(huo)性炭(tan)Zr在(zai)混合過程(cheng)中(zhong)加入草酸(suan)可以(yi)(yi)使氟(fu)吸(xi)附簡單Zr摻雜(za)的(de)(de)AC下以(yi)(yi)1.05的(de)(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們的(de)(de)工作表(biao)(biao)明，增強機(ji)制涉及Zr離(li)子(zi)的(de)(de)OA它控制成核，限制在(zai)常規(gui)方法中(zhong)Zr分散的(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)生長。鋯(gao)活(huo)(huo)性表(biao)(biao)面(mian)(mian)積(ji)增加，與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)位點有關(guan)OA分子(zi)復合物的(de)(de)形式留下了(le)一(yi)些高活(huo)(huo)性Zr。*后，從Zr-羥(qian)基交換在(zai)草酸(suan)鹽的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)位置Zr = O氟(fu)離(li)子(zi)與(yu)鋯(gao)離(li)子(zi)的(de)(de)正電荷相互(hu)作用(yong)。