活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)浸漬(zi)或沉淀(IV)氟(fu)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)通常在(zai)(zai)改(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)時(shi)得到(dao)改(gai)(gai)善。這(zhe)些雜化吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑可以通過控(kong)制(zhi)浸漬(zi)條(tiao)件來(lai)改(gai)(gai)善，這(zhe)已經確(que)定Zr組裝和分(fen)散在(zai)(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)這(zhe)里使(shi)用Zr(IV)與草酸(OA)共(gong)同改(gai)(gai)性(xing)(xing)，使(shi)鋯(gao)分(fen)散體*大化，增強氟(fu)化物吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)。吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)實驗在(zai)(zai)pH7和25℃氟(fu)濃度為40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)經過OA / Zr氟(fu)化物吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)*佳條(tiao)件是(shi)改(gai)(gai)性(xing)(xing)。電位滴定顯示，改(gai)(gai)性(xing)(xing)后的(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(鋯(gao)改(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan))在(zai)(zai)pH正電荷低(di)于7，分(fen)析表(biao)明鋯(gao)離子主要與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)的(de)羧基相(xiang)互作用。

　　此外，氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)可以存在(zai)于(yu)飲(yin)用(yong)水(shui)中，約(yue)0.7毫(hao)克L -1的水(shui)平被認為是有(you)益的，但如果超過1.5毫(hao)克L -1則有(you)害(hai)。飲(yin)用(yong)水(shui)或地(di)下水(shui)(飲(yin)用(yong)水(shui)的主(zhu)要來源之一)攝入(ru)高氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)濃(nong)度(du)(du)會造成危害(hai)，嚴重時會導致(zhi)氟(fu)中毒(牙齒和(he)骨骼(ge)異常(chang))或神經損傷。氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)濃(nong)度(du)(du)，*多30毫(hao)克的L -世界上許多地(di)區都能找到地(di)下水(shui)，而且它(ta)至(zhi)少存在(zai)于(yu)25個國家。

　　許多研究集中(zhong)在(zai)從水溶(rong)液中(zhong)去除氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)工程的(de)(de)吸(xi)附(fu)劑，包括氧化(hua)(hua)(hua)鋁、粘(zhan)土、礦物(wu)(wu)(wu)質和(he)植物(wu)(wu)(wu)、活(huo)(huo)性炭和(he)納米(mi)管(guan) ，稀(xi)有氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚合(he)物(wu)(wu)(wu)和(he)樹脂。還知道，一些(xie)金(jin)屬(shu)(shu)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯或鈦，可以顯著增加氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)力(li)。活(huo)(huo)性炭具有天然（未改性）的(de)(de)巨大表(biao)面積(ji)，是水中(zhong)氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)優(you)良(liang)吸(xi)附(fu)劑，但(dan)能(neng)(neng)提供穩定的(de)(de)支持，實現(xian)強氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)劑金(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)的(de)(de)高分(fen)(fen)散，抑(yi)制(zhi)這(zhe)些(xie)活(huo)(huo)性金(jin)屬(shu)(shu)顆粒(li)(li)的(de)(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀。當這(zhe)種活(huo)(huo)性炭材料使用鋯鋯時(shi)(IV)金(jin)屬(shu)(shu)絡合(he)物(wu)(wu)(wu)浸漬時(shi)，吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)力(li)提高了3-5倍 。提高氟(fu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)力(li)的(de)(de)關鍵因(yin)素是控制(zhi)活(huo)(huo)性炭表(biao)面積(ji)和(he)負載金(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)的(de)(de)尺寸分(fen)(fen)布。還能(neng)(neng)抑(yi)制(zhi)這(zhe)些(xie)活(huo)(huo)性金(jin)屬(shu)(shu)顆粒(li)(li)的(de)(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀。

　　一些研究(jiu)已(yi)(yi)經集中(zhong)在(zai)(zai)裝載(zai)鋯上(IV)金屬鹽溶液通(tong)過(guo)(guo)(guo)浸(jin)漬或(huo)沉(chen)淀轉(zhuan)化為(wei)幾(ji)種吸(xi)(xi)附(fu)劑。雖然這(zhe)種合(he)(he)成(cheng)操作(zuo)很簡單，但由于(yu)pH，離子(zi)強度(du)存在(zai)(zai)或(huo)已(yi)(yi)知會影響離子(zi)強度(du)Zr(IV)顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)聚集和(he)重組的(de)其他因素的(de)影響，難(nan)以理解和(he)優化。在(zai)(zai)許多情況下，由于(yu)平均尺寸范(fan)圍為(wei)納米至微米，吸(xi)(xi)附(fu)劑的(de)特定面(mian)積為(wei)Zr在(zai)(zai)常(chang)規合(he)(he)成(cheng)中(zhong)，顆(ke)(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下降，不受控制。我(wo)們認為(wei)，在(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)結合(he)(he)粒(li)(li)子(zi)表面(mian)或(huo)核的(de)絡合(he)(he)（或(huo)螯(ao)合(he)(he)）配體，有助(zhu)于(yu)控制分(fen)散金屬的(de)生長和(he)*終粒(li)(li)度(du)分(fen)布。有機(ji)酸已(yi)(yi)被證明處(chu)于(yu)成(cheng)核和(he)聚合(he)(he)階(jie)段。該方法尚未(wei)系統(tong)地用(yong)于(yu)包含Zr納米顆(ke)(ke)粒(li)(li)負載(zai)在(zai)(zai)活性(xing)炭等碳(tan)表面(mian)，因此采用(yong)高(gao)機(ji)械強度(du)、優良的(de)流通(tong)系統(tong)滲(shen)透性(xing)和(he)高(gao)活性(xing)炭表面(mian)，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系統(tong)的(de)脫氟(fu)(fu)過(guo)(guo)(guo)程。本研究(jiu)的(de)目(mu)的(de)是利用(yong)草酸作(zuo)為(wei)浸(jin)漬過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)的(de)復合(he)(he)配體來控制含量(liang)Zr(Ⅳ)顆(ke)(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提出可能的(de)氟(fu)(fu)吸(xi)(xi)附(fu)機(ji)制，提高(gao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)活性(xing)炭的(de)氟(fu)(fu)吸(xi)(xi)附(fu)能力(li)。

　　鋯改性(xing)用于活性(xing)炭

　　根據考慮了Zr(IV)/有機封端劑(ji)(ji)(Zr / OA)在(zai)實驗(yan)設計中(zhong)，采用鋯浸(jin)(jin)(jin)漬活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，以確定(ding)具有*高(gao)氟吸附(fu)能(neng)力的(de)吸附(fu)劑(ji)(ji)。添加活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中(zhong)。然后(hou)，將(jiang)浸(jin)(jin)(jin)漬活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和(he)10mL的(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)草酸溶(rong)液(ye)混合1天，然后(hou)過(guo)(guo)濾、漂洗和(he)60%℃干燥12小時。由此產生的(de)浸(jin)(jin)(jin)漬活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)溶(rong)液(ye)中(zhong)，獲(huo)得的(de)材料是鋯改(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。所有浸(jin)(jin)(jin)漬過(guo)(guo)程(cheng)均(jun)為25℃進行。

　　活(huo)性炭吸(xi)附(fu)氟(fu)化物機理

　　這里使用的多種(zhong)光譜(pu)技術與(yu)電位滴(di)定(ding)提(ti)供了(le)關于Zr-活性(xing)炭浸漬草酸(suan)(ZrOx-AC)氟(fu)(fu)化物吸附過(guo)程中(zhong)有價值的信息。光譜(pu)分(fen)析確定(ding)了(le)商業活性(xing)炭(F400)參與(yu)氟(fu)(fu)化物吸收Zr(IV)主(zhu)要的離子錨(mao)定(ding)官能(neng)團(tuan)。此外，這些分(fen)析有助(zhu)于確定(ding)碳表面(mian)氟(fu)(fu)氧化鋯的類型(xing)。

　　因此，根據本研究中的所有證據，可以假設氟吸附機制（上圖）。首先(xian)，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(xiang)互作用(yong)形成(cheng)(cheng)形成(cheng)(cheng)CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能形成(cheng)(cheng)四面體和八面體的聚合(he)物結構。因此，可以提出活性(xing)炭表面氧官能度的**相(xiang)互作用(yong)，見(jian)圖。

　　簡而言之，表(biao)(biao)示活(huo)性炭(tan)(tan)Zr在混合(he)過程中加入草(cao)(cao)酸可(ke)以使(shi)氟吸(xi)附簡單Zr摻雜的(de)AC下(xia)(xia)以1.05的(de)*佳Zr / OA比提高(gao)3倍。我們的(de)工作表(biao)(biao)明(ming)，增強機制(zhi)涉及Zr離(li)子的(de)OA它(ta)控制(zhi)成核，限制(zhi)在常規方法中Zr分散的(de)ZrO 二顆(ke)粒的(de)生長(chang)。鋯活(huo)性表(biao)(biao)面(mian)積增加，與活(huo)性炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)位(wei)點有關OA分子復合(he)物的(de)形式留(liu)下(xia)(xia)了(le)一(yi)些(xie)高(gao)活(huo)性Zr。*后(hou)，從(cong)Zr-羥基交換在草(cao)(cao)酸鹽的(de)表(biao)(biao)面(mian)位(wei)置Zr = O氟離(li)子與鋯離(li)子的(de)正電荷相互作用。