活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)(gao)浸漬(zi)(zi)或沉(chen)淀(IV)氟吸(xi)(xi)附(fu)通常(chang)在(zai)改(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)時(shi)得(de)到改(gai)(gai)善(shan)。這些雜化(hua)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)可以通過(guo)控制浸漬(zi)(zi)條件(jian)來改(gai)(gai)善(shan)，這已經(jing)確(que)定Zr組裝和分(fen)散在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)這里使用Zr(IV)與草酸(OA)共同改(gai)(gai)性(xing)，使鋯(gao)(gao)分(fen)散體*大化(hua)，增強氟化(hua)物吸(xi)(xi)附(fu)。吸(xi)(xi)附(fu)實驗在(zai)pH7和25℃氟濃度為40 mg L -1。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)經(jing)過(guo)OA / Zr氟化(hua)物吸(xi)(xi)附(fu)的(de)*佳條件(jian)是改(gai)(gai)性(xing)。電位滴(di)定顯示(shi)，改(gai)(gai)性(xing)后的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(鋯(gao)(gao)改(gai)(gai)性(xing)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan))在(zai)pH正電荷低于7，分(fen)析表(biao)明鋯(gao)(gao)離子主(zhu)要與活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面的(de)羧(suo)基相互(hu)作(zuo)用。

　　此外，氟化物可以(yi)存(cun)在(zai)(zai)于(yu)飲(yin)用(yong)水(shui)中(zhong)(zhong)，約0.7毫(hao)克L -1的(de)水(shui)平被(bei)認為(wei)是有(you)益的(de)，但(dan)如果超過(guo)1.5毫(hao)克L -1則有(you)害。飲(yin)用(yong)水(shui)或地下水(shui)(飲(yin)用(yong)水(shui)的(de)主要來源之一)攝入高氟化物濃(nong)度會造成危害，嚴重時(shi)會導(dao)致氟中(zhong)(zhong)毒(牙齒和骨(gu)骼異常(chang))或神經損傷。氟化物濃(nong)度，*多30毫(hao)克的(de)L -世(shi)界(jie)上(shang)許多地區(qu)都(dou)能找到地下水(shui)，而且它(ta)至少存(cun)在(zai)(zai)于(yu)25個國家(jia)。

　　許多研(yan)究集中(zhong)在從水溶(rong)液中(zhong)去除氟(fu)化(hua)物(wu)工程的(de)吸附(fu)劑，包括氧(yang)化(hua)鋁、粘(zhan)土、礦物(wu)質和植物(wu)、活性(xing)炭和納米管 ，稀有氧(yang)化(hua)物(wu)、聚合物(wu)和樹脂(zhi)。還知道(dao)，一些金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)，如鐵、錳(meng)、蘭(lan)、鋁、鋯或鈦，可以(yi)顯著增加氟(fu)化(hua)物(wu)的(de)吸附(fu)能(neng)(neng)(neng)力。活性(xing)炭具有天然（未(wei)改性(xing)）的(de)巨(ju)大表(biao)面積(ji)，是(shi)水中(zhong)氟(fu)化(hua)物(wu)的(de)優(you)良吸附(fu)劑，但(dan)能(neng)(neng)(neng)提(ti)供穩(wen)定的(de)支(zhi)持，實現強氟(fu)化(hua)物(wu)吸附(fu)劑金(jin)屬(shu)相的(de)高分散，抑制(zhi)這(zhe)(zhe)些活性(xing)金(jin)屬(shu)顆(ke)(ke)粒的(de)燒(shao)(shao)結或體積(ji)沉(chen)淀。當這(zhe)(zhe)種活性(xing)炭材料使用(yong)鋯鋯時(IV)金(jin)屬(shu)絡合物(wu)浸漬(zi)時，吸附(fu)能(neng)(neng)(neng)力提(ti)高了3-5倍 。提(ti)高氟(fu)化(hua)物(wu)吸附(fu)能(neng)(neng)(neng)力的(de)關鍵(jian)因素是(shi)控制(zhi)活性(xing)炭表(biao)面積(ji)和負載(zai)金(jin)屬(shu)相的(de)尺寸分布。還能(neng)(neng)(neng)抑制(zhi)這(zhe)(zhe)些活性(xing)金(jin)屬(shu)顆(ke)(ke)粒的(de)燒(shao)(shao)結或體積(ji)沉(chen)淀。

　　一些研(yan)究(jiu)已經集(ji)中(zhong)在(zai)裝載鋯上(IV)金屬鹽溶液通(tong)(tong)過(guo)(guo)浸漬或(huo)沉淀(dian)轉化為幾種(zhong)吸(xi)附(fu)劑。雖然這種(zhong)合(he)(he)成(cheng)(cheng)操(cao)作很簡(jian)單(dan)，但由(you)于(yu)(yu)pH，離子強度(du)存在(zai)或(huo)已知會影(ying)響離子強度(du)Zr(IV)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)聚集(ji)和重組的(de)(de)(de)其他因(yin)素的(de)(de)(de)影(ying)響，難(nan)以(yi)理解和優化。在(zai)許多情況(kuang)下，由(you)于(yu)(yu)平均尺寸范圍為納(na)米至微米，吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)特定面(mian)積為Zr在(zai)常規(gui)合(he)(he)成(cheng)(cheng)中(zhong)，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下降，不受控制。我們認為，在(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)過(guo)(guo)程中(zhong)結合(he)(he)粒(li)(li)子表(biao)面(mian)或(huo)核的(de)(de)(de)絡(luo)合(he)(he)（或(huo)螯(ao)合(he)(he)）配體，有(you)助(zhu)于(yu)(yu)控制分(fen)散金屬的(de)(de)(de)生長(chang)和*終粒(li)(li)度(du)分(fen)布(bu)。有(you)機酸已被(bei)證明處于(yu)(yu)成(cheng)(cheng)核和聚合(he)(he)階段。該方法尚未系(xi)(xi)統(tong)地用(yong)于(yu)(yu)包(bao)含Zr納(na)米顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)負載在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)等碳表(biao)面(mian)，因(yin)此(ci)采用(yong)高(gao)(gao)(gao)機械(xie)強度(du)、優良的(de)(de)(de)流通(tong)(tong)系(xi)(xi)統(tong)滲透性(xing)和高(gao)(gao)(gao)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)，用(yong)于(yu)(yu)飲用(yong)水系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)脫氟過(guo)(guo)程。本研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是利用(yong)草酸作為浸漬過(guo)(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)復合(he)(he)配體來控制含量Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑(jing)，提(ti)出可能(neng)的(de)(de)(de)氟吸(xi)附(fu)機制，提(ti)高(gao)(gao)(gao)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)氟吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)。

　　鋯改性(xing)用于活性(xing)炭

　　根據考慮(lv)了Zr(IV)/有(you)機封(feng)端劑(ji)(Zr / OA)在實驗設計中(zhong)，采用鋯浸(jin)漬(zi)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，以確定具有(you)*高氟吸附能力的(de)吸附劑(ji)。添(tian)加(jia)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液(ye)中(zhong)。然后，將(jiang)浸(jin)漬(zi)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)混合1天，然后過濾、漂洗和60%℃干燥12小(xiao)時。由此(ci)產生的(de)浸(jin)漬(zi)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)稱(cheng)為ZrOx-AC。將(jiang)F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶液(ye)中(zhong)，獲得的(de)材料(liao)是鋯改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。所有(you)浸(jin)漬(zi)過程均(jun)為25℃進行。

　　活性(xing)炭吸(xi)附(fu)氟化物機理

　　這里使用的(de)(de)多種光譜技術(shu)與(yu)電位滴定(ding)(ding)提供了關于Zr-活(huo)性炭浸漬(zi)草酸(ZrOx-AC)氟化物(wu)吸(xi)附過程(cheng)中有(you)價值的(de)(de)信息。光譜分析確(que)定(ding)(ding)了商業活(huo)性炭(F400)參(can)與(yu)氟化物(wu)吸(xi)收Zr(IV)主要的(de)(de)離子(zi)錨(mao)定(ding)(ding)官(guan)能團(tuan)。此外，這些分析有(you)助于確(que)定(ding)(ding)碳表面氟氧化鋯的(de)(de)類(lei)型(xing)。

　　因此，根據(ju)本研究中的所(suo)有證(zheng)據(ju)，可以假設氟吸(xi)附機制（上圖）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解Zr(IV)-COOH通(tong)過靜電相互作用形成形成CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能形成四面體和八面體的聚合(he)物結(jie)構。因此，可以提(ti)出活(huo)性炭(tan)表面氧官能度的**相互作用，見(jian)圖。

　　簡(jian)而言之，表示(shi)活性炭Zr在(zai)混合過(guo)程中(zhong)加(jia)入草酸可以使氟吸(xi)附簡(jian)單Zr摻雜的(de)AC下以1.05的(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們(men)的(de)工(gong)作(zuo)表明，增(zeng)強機制涉及(ji)Zr離(li)子(zi)的(de)OA它控制成核(he)，限制在(zai)常(chang)規方法中(zhong)Zr分散的(de)ZrO 二(er)顆粒(li)的(de)生長。鋯(gao)活性表面(mian)積增(zeng)加(jia)，與活性炭表面(mian)位(wei)點(dian)有關OA分子(zi)復(fu)合物的(de)形式留(liu)下了(le)一些高活性Zr。*后，從Zr-羥基交換在(zai)草酸鹽的(de)表面(mian)位(wei)置Zr = O氟離(li)子(zi)與鋯(gao)離(li)子(zi)的(de)正電(dian)荷相互作(zuo)用。