活性炭去(qu)除污水(shui)中的亞硝酸鹽

　　活性炭去除廢水(shui)(shui)中的(de)硝(xiao)酸(suan)根(gen)和(he)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)根(gen)陰離(li)子，氮(N)是所有生物(wu)(wu)的(de)基本要(yao)素。氮以不(bu)同的(de)氧化(hua)態存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)NH 4  ( - 3)。其(qi)中，NO 3 -，NO 2 -和(he)NH 4  ( - 3)更受(shou)關注(zhu)，因(yin)為(wei)(wei)它們易溶于(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)，對人體健康有毒。農業施(shi)肥等非(fei)點源硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)污染地(di)下水(shui)(shui)和(he)地(di)表水(shui)(shui)已成為(wei)(wei)工(gong)業和(he)發展中國家(jia)日益嚴重的(de)環境(jing)問題。硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)污染是由于(yu)(yu)(yu)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)肥料的(de)廣泛(fan)使(shi)用和(he)人類和(he)動物(wu)(wu)廢物(wu)(wu)處理(li)(li)不(bu)善或未(wei)經處理(li)(li)而發生的(de)。硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)是許多工(gong)業過程的(de)副(fu)產(chan)品，包(bao)括生產(chan)造紙、硝(xiao)基有機化(hua)合物(wu)(wu)和(he)藥(yao)物(wu)(wu)化(hua)合物(wu)(wu)。亞(ya)硝(xiao)胺致癌的(de)前兆(zhao)是地(di)下水(shui)(shui)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)濃(nong)度的(de)增(zeng)加。由于(yu)(yu)(yu)這些原(yuan)因(yin)，歐(ou)盟(meng)限制了飲用水(shui)(shui)中硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)和(he)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)的(de)濃(nong)度。

　　亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)也是(shi)存在(zai)于更(geng)多放(fang)(fang)射性廢(fei)物(wu)中的(de)(de)非放(fang)(fang)射性廢(fei)物(wu)； 硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)在(zai)核武(wu)器(qi)和(he)核燃料(liao)的(de)(de)生(sheng)產過(guo)程中被用來處(chu)理(li)極其有毒的(de)(de)放(fang)(fang)射性元素(su)，如(ru)鈾和(he)鍶。然而(er)，如(ru)果硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)濃(nong)度較高，可能(neng)會影響穩定水(shui)泥基體的(de)(de)形成，使各(ge)種金屬加(jia)工(gong)廢(fei)料(liao)難(nan)以(yi)長期處(chu)理(li)。因此，從健康和(he)環境的(de)(de)角度來看，去除硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)是(shi)非常重要的(de)(de)。

　　傳(chuan)統的去除硝(xiao)酸鹽和亞硝(xiao)酸鹽陰離(li)子的方法包(bao)括(kuo)反滲透、離(li)子交換、組合膜(mo)生物反應(ying)(ying)器/粉末活性炭吸附、生物膜(mo)電極反應(ying)(ying)器(BER)和BER /吸附過(guo)程。這些方法大多(duo)有一些缺點，如高資本、高運(yun)營成本或污泥處置。

　　未氧化氧化活(huo)性炭DFT孔徑分布。

　　*近(jin)，從廢水中去除硝酸鹽(yan)(yan)和亞硝酸鹽(yan)(yan)的(de)陰離子，檢查了許多低成(cheng)本的(de)替代(dai)吸附劑。

　　目前的工作是提高(gao)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)去(qu)除廢水中硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)離子(zi)的能(neng)力。為實現(xian)這一目標(biao)，進行了(le)以下研究(jiu)：(a)制備(bei)和(he)表征活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)，(b)在活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)中建立硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)根離子(zi)*大吸附(fu)條件，(c)在活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)上(shang)評估(gu)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)離子(zi)的動力學(xue)和(he)熱力學(xue)參數。

　　活性炭吸(xi)附研(yan)究(jiu)：樣品選擇：干燥活性炭(tan)的(de)(de)固(gu)定(ding)非氧化和(he)氧化（0.1g)和(he)初始濃(nong)度Co = 25mgL -1的(de)(de)原液(ye)的(de)(de)25mL等分試(shi)樣振(zhen)蕩24小時(shi)。過濾各(ge)種混合物(wu)(wu)，確(que)定(ding)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)殘留(liu)物(wu)(wu)、硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)和(he)亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)含量(liang)，以了解平衡時(shi)間的(de)(de)影響。通過稀釋NaOH或HCl溶(rong)(rong)液(ye)pH從2調整到11。在確(que)定(ding)平衡時(shi)間的(de)(de)批量(liang)實驗中(zhong)，我們使(shi)用20mL的(de)(de)pH調節溶(rong)(rong)液(ye)和(he)30mg吸(xi)附劑。pH該值提供了*大的(de)(de)陰離子(zi)(zi)去除率。取50毫(hao)克L的(de)(de)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)水溶(rong)(rong)液(ye)20ml的(de)(de)進(jin)行(xing)-1 NO 3 ˉ不(bu)同量(liang)的(de)(de)和(he)碳劑量(liang)為(wei)200毫(hao)克Ca(HCO存在3)20-400毫(hao)克L-1。25振(zhen)蕩時(shi)間的(de)(de)作用℃，45℃和(he)55℃24小時(shi)進(jin)行(xing)。使(shi)用離子(zi)(zi)色譜(pu)柱(zhu)：6.1006.超(chao)濾液(ye)：2000陰離子(zi)(zi)柱(zhu).5 mmolL-一(yi)對(dui)苯二甲(jia)酸(suan)(suan)，7%乙腈，pH = 4.電(dian)導檢(jian)測器測定(ding)陰離子(zi)(zi)濃(nong)度。

　　動力學研究

　　動力(li)學試驗(yan)研究了活性炭(tan)對陰離(li)子吸(xi)附效率的(de)(de)(de)(de)影響(NO2-和(he)(he)NO3-氧(yang)化(hua)活性炭(tan)樣品的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附效果，50毫克活性炭(tan)和(he)(he)20毫升硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)初始濃度(du)(du)(du)為(wei)(wei)(wei)50毫升 mg·L - 1.亞硝酸(suan)鹽濃度(du)(du)(du)為(wei)(wei)(wei)5 mg·L -1的(de)(de)(de)(de)時間(jian)(jian)為(wei)(wei)(wei)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)時間(jian)(jian)段，即(ji)硝酸(suan)鹽和(he)(he)亞硝酸(suan)鹽在各種水產養殖和(he)(he)工業(ye)廢水中的(de)(de)(de)(de)濃度(du)(du)(du)水平(ping)]通過(guo)濾(lv)(lv)紙(zhi)過(guo)濾(lv)(lv)懸浮(fu)液，分析殘余(yu)陰離(li)子濃度(du)(du)(du)。

　　活性炭表征

　　根(gen)據(ju)所有元素(su)的(de)百分比含(han)(han)量(liang)(liang)與氧殘留量(liang)(liang)之(zhi)間的(de)差異，的(de)方法是從(cong)元素(su)分析中報(bao)告(gao)氧含(han)(han)量(liang)(liang)值。

　　活性炭表征

　　從元(yuan)素分析中(zhong)報告(gao)氧(yang)含量(liang)(liang)值(zhi)的(de)(de)(de)常用方法是(shi)基于(yu)所有元(yuan)素的(de)(de)(de)百分比含量(liang)(liang)與(yu)氧(yang)殘留量(liang)(liang)之間的(de)(de)(de)差異。活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)氧(yang)含量(liang)(liang)顯(xian)著增(zeng)加（從0開始.92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中(zhong)研究了活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)DFT孔(kong)(kong)(kong)徑分布(bu)。給出了表面積(ji)和(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)的(de)(de)(de)結果。顯(xian)示(shi)了活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)性(xing)(xing)質。 　　活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)和(he)(he)表面積(ji)增(zeng)加，孔(kong)(kong)(kong)徑分布(bu)沒有明顯(xian)變化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。與(yu)未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)相比，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)表面積(ji)和(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)分別增(zeng)加了約43%和(he)(he)35%。氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)*大(da)1nm 的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)和(he)(he)2-4nm的(de)(de)(de)中(zhong)孔(kong)(kong)(kong)。數據還(huan)顯(xian)示(shi)，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)毛孔(kong)(kong)(kong)變寬。微(wei)區增(zeng)強(qiang)，介孔(kong)(kong)(kong)范圍(wei)(2-4nm)稍微(wei)降低。這可能是(shi)因(yin)為從容納一(yi)個(ge)吸附層的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)寬到兩個(ge)，兩個(ge)層分別轉(zhuan)換為三個(ge)。                                                                                                                                                                         吸附材(cai)料的(de)(de)(de)表面積(ji)和(he)(he)孔(kong)(kong)(kong)體積(ji)。1:未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin).二(er)、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin).1:未(wei)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin).二(er)、氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin).?DFT：分布(bu)孔(kong)(kong)(kong)徑；BET：微(wei)孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料的(de)(de)(de)表面積(ji)表征

　　兩種(zhong)吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)(de)(de)分形(xing)維數(shu)(shu)(D)由(you)Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型(xing)計算。在(zai)(zai)650℃活(huo)性(xing)炭樣品具有活(huo)性(xing)炭D = 2.1.分數(shu)(shu)維數(shu)(shu)。這表(biao)明(ming)表(biao)面非常粗糙(cao)或不(bu)規(gui)則。在(zai)(zai)用(yong)Na 2 CO 3表(biao)面改性(xing)時(shi)，分形(xing)維數(shu)(shu)減少(D = 2.2)。 　　這表(biao)明(ming)改性(xing)碳的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)隨(sui)著小(xiao)晶粒和(he)交聯(lian)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)分解(jie)變(bian)得(de)更加有序。對(dui)(dui)于(yu)這類試劑，混合(he)(he)碳的(de)(de)(de)(de)(de)反應性(xing)大于(yu)微晶碳； 因此(ci)，交聯(lian)碳主要(yao)被(bei)消耗(hao)掉。交聯(lian)分解(jie)導致堵(du)塞孔(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)釋放，從而減少增加的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面積和(he)孔(kong)體積。 　　硬(ying)度(du)對(dui)(dui)活(huo)性(xing)炭去(qu)除硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)影響 　　共(gong)存離(li)(li)子是(shi)(shi)碳酸(suan)氫鈣(gai)，通常在(zai)(zai)地下水中發(fa)現，并產生(sheng)暫時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)。圖2證明(ming)了這一點(dian)。在(zai)(zai)Ca(HCO 3)2在(zai)(zai)存在(zai)(zai)下，硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除率明(ming)顯降低。這些(xie)物質的(de)(de)(de)(de)(de)抑制作用(yong)可(ke)以(yi)歸因于(yu)NO 3 -和(he)HCO 3 -相同的(de)(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子結(jie)構(gou)。它們都(dou)(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)(de)，而且都(dou)(dou)是(shi)(shi)平的(de)(de)(de)(de)(de)N-O和(he)C-O鍵(jian)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)相同，等(deng)于(yu)120℃。可(ke)以(yi)合(he)(he)理地認為，HCO 3個 ˉ陰離(li)(li)子的(de)(de)(de)(de)(de)競爭性(xing)吸(xi)附(fu)到相同的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)RS的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面上。  圖2：使(shi)用(yong)1：活(huo)性(xing)炭硬(ying)度(du)對(dui)(dui)去(qu)除硝酸(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)影響。 　　這些(xie)結(jie)果表(biao)明(ming)，由(you)KMnO 改性(xing)活(huo)性(xing)炭比這些(xie)吸(xi)附(fu)劑中的(de)(de)(de)(de)(de)任何一種(zhong)都(dou)(dou)好得(de)多(duo)或更好。這可(ke)能(neng)與吸(xi)附(fu)機(ji)制有關(guan)，包括離(li)(li)子交換和(he)絡合(he)(he)。

　　事實上，開發低成本(ben)吸附(fu)(fu)劑(ji)是減少(shao)各(ge)種化(hua)學工藝(yi)產生的(de)(de)大量(liang)廢(fei)物和(he)有毒廢(fei)水的(de)(de)主要目標之一。從這個意義上說，高錳(meng)酸鉀改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)對(dui)水溶液中(zhong)的(de)(de)硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)有很好的(de)(de)吸附(fu)(fu)能力(li)(li)。在(zai)(zai)(zai)這個問(wen)題(ti)上，研究了影響(xiang)單組分(fen)體系(xi)中(zhong)硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)和(he)亞硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)離子去(qu)除的(de)(de)因(yin)素：溫度，pH值、吸附(fu)(fu)劑(ji)濃度和(he)活性(xing)(xing)炭(tan)劑(ji)量(liang)。在(zai)(zai)(zai)二元(yuan)體系(xi)(NO 3和(he)HCO 3)硬(ying)度對(dui)硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)去(qu)除的(de)(de)抑制(zhi)作用是指NO 3和(he)HCO 在(zai)(zai)(zai)同一結構(gou)離子和(he)系(xi)統中(zhong)(NO 3和(he)NO 2)由(you)于(yu)競爭效(xiao)應，硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)吸附(fu)(fu)受到(dao)抑制(zhi)，亞硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)吸附(fu)(fu)受到(dao)協(xie)同吸附(fu)(fu)的(de)(de)促進。NOM當存(cun)在(zai)(zai)(zai)或不存(cun)在(zai)(zai)(zai)時，吸附(fu)(fu)能力(li)(li)相似，表(biao)明(ming)硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)對(dui)碳表(biao)面的(de)(de)親和(he)力(li)(li)強于(yu)硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)和(he)NOM的(de)(de)吸附(fu)(fu)。