活性炭去除氟化物

　　用鋯浸(jin)(jin)漬或(huo)沉(chen)淀(IV)氟(fu)(fu)(fu)吸(xi)附(fu)通常在改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭時得到改(gai)(gai)善(shan)。這些(xie)雜化(hua)吸(xi)附(fu)劑可以通過控制浸(jin)(jin)漬條件(jian)來改(gai)(gai)善(shan)，這已經確定Zr組裝和分(fen)散在活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭在這里使(shi)用Zr(IV)與草(cao)酸(OA)共同改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)，使(shi)鋯分(fen)散體(ti)*大化(hua)，增強(qiang)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)。吸(xi)附(fu)實驗在pH7和25℃氟(fu)(fu)(fu)濃度為40 mg L -1。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭經過OA / Zr氟(fu)(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)的(de)(de)*佳條件(jian)是改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)。電位(wei)滴定顯(xian)示(shi)，改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)后的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(鋯改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭)在pH正電荷低于7，分(fen)析表(biao)(biao)明(ming)鋯離子主(zhu)要與活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面的(de)(de)羧(suo)基相互(hu)作用。

　　此外，氟(fu)(fu)化物(wu)可(ke)以存(cun)在(zai)于(yu)飲(yin)用(yong)水(shui)中，約0.7毫克L -1的(de)(de)水(shui)平(ping)被(bei)認為是有益的(de)(de)，但如(ru)果超過1.5毫克L -1則有害(hai)。飲(yin)用(yong)水(shui)或(huo)地(di)下(xia)水(shui)(飲(yin)用(yong)水(shui)的(de)(de)主要來(lai)源(yuan)之一)攝入高氟(fu)(fu)化物(wu)濃度會造成危害(hai)，嚴重時會導(dao)致(zhi)氟(fu)(fu)中毒(牙齒和(he)骨骼異常)或(huo)神經損傷。氟(fu)(fu)化物(wu)濃度，*多(duo)30毫克的(de)(de)L -世(shi)界上許多(duo)地(di)區都能找到地(di)下(xia)水(shui)，而且(qie)它至少存(cun)在(zai)于(yu)25個國家。

　　許多研究集中(zhong)在從(cong)水溶液中(zhong)去除(chu)氟化(hua)物(wu)工程的(de)吸附劑，包(bao)括氧化(hua)鋁(lv)、粘土、礦物(wu)質(zhi)和植物(wu)、活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和納(na)米管 ，稀有(you)氧化(hua)物(wu)、聚合物(wu)和樹(shu)脂。還(huan)知(zhi)道(dao)，一些金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)氧化(hua)物(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁(lv)、鋯或(huo)鈦，可以顯(xian)著增加氟化(hua)物(wu)的(de)吸附能(neng)力。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)具有(you)天然(ran)（未改(gai)性(xing)）的(de)巨大表面積，是(shi)(shi)水中(zhong)氟化(hua)物(wu)的(de)優良吸附劑，但(dan)能(neng)提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)的(de)支(zhi)持，實現強氟化(hua)物(wu)吸附劑金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)相的(de)高分(fen)散(san)，抑(yi)制(zhi)這(zhe)些活(huo)性(xing)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)顆(ke)粒(li)的(de)燒(shao)結(jie)或(huo)體(ti)積沉(chen)淀。當(dang)這(zhe)種(zhong)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)材料使用鋯鋯時(IV)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)絡合物(wu)浸(jin)漬時，吸附能(neng)力提(ti)高了3-5倍 。提(ti)高氟化(hua)物(wu)吸附能(neng)力的(de)關鍵因素是(shi)(shi)控制(zhi)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表面積和負(fu)載金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)相的(de)尺寸分(fen)布。還(huan)能(neng)抑(yi)制(zhi)這(zhe)些活(huo)性(xing)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)顆(ke)粒(li)的(de)燒(shao)結(jie)或(huo)體(ti)積沉(chen)淀。

　　一些(xie)研(yan)究(jiu)已(yi)(yi)經集中(zhong)在(zai)裝載鋯上(IV)金屬(shu)鹽溶液通(tong)過(guo)浸(jin)漬(zi)或(huo)沉淀轉化(hua)為(wei)幾種吸附(fu)劑(ji)。雖然這種合(he)成(cheng)操作很簡(jian)單(dan)，但由(you)于(yu)pH，離子(zi)強(qiang)度(du)存(cun)在(zai)或(huo)已(yi)(yi)知會影響(xiang)離子(zi)強(qiang)度(du)Zr(IV)顆(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)(de)聚(ju)集和(he)重組的(de)(de)(de)(de)其他因素的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，難以理解和(he)優化(hua)。在(zai)許多情(qing)況下，由(you)于(yu)平均尺寸(cun)范圍為(wei)納米至微(wei)米，吸附(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)特定面(mian)積為(wei)Zr在(zai)常規合(he)成(cheng)中(zhong)，顆(ke)粒(li)(li)孔堵塞并下降，不受(shou)控制。我們認(ren)為(wei)，在(zai)合(he)成(cheng)過(guo)程(cheng)中(zhong)結(jie)合(he)粒(li)(li)子(zi)表面(mian)或(huo)核的(de)(de)(de)(de)絡合(he)（或(huo)螯合(he)）配體，有(you)助于(yu)控制分散金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)長和(he)*終粒(li)(li)度(du)分布。有(you)機酸已(yi)(yi)被證明(ming)處于(yu)成(cheng)核和(he)聚(ju)合(he)階段(duan)。該方法尚(shang)未系(xi)統(tong)地用(yong)于(yu)包含Zr納米顆(ke)粒(li)(li)負載在(zai)活(huo)性(xing)炭等(deng)碳表面(mian)，因此(ci)采用(yong)高機械強(qiang)度(du)、優良的(de)(de)(de)(de)流通(tong)系(xi)統(tong)滲透性(xing)和(he)高活(huo)性(xing)炭表面(mian)，用(yong)于(yu)飲用(yong)水系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)氟(fu)(fu)過(guo)程(cheng)。本研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)利用(yong)草酸作為(wei)浸(jin)漬(zi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)復合(he)配體來控制含量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑，提(ti)出可能(neng)的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)機制，提(ti)高顆(ke)粒(li)(li)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)氟(fu)(fu)吸附(fu)能(neng)力。

　　鋯改(gai)性用于活性炭

　　根據考慮(lv)了Zr(IV)/有機封端劑(Zr / OA)在實驗設計中，采用鋯(gao)浸漬活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，以確定具有*高氟吸附(fu)能力的(de)(de)(de)吸附(fu)劑。添加活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)Zr 2  ?15 %的(de)(de)(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶液(ye)中。然(ran)后，將(jiang)浸漬活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和(he)10mL的(de)(de)(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)(de)(de)草酸溶液(ye)混合(he)1天，然(ran)后過濾、漂洗(xi)和(he)60%℃干燥12小時(shi)。由此產生的(de)(de)(de)浸漬活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)稱(cheng)為ZrOx-AC。將(jiang)F400加入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶液(ye)中，獲得的(de)(de)(de)材料(liao)是鋯(gao)改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。所(suo)有浸漬過程均為25℃進行。

　　活性炭吸附氟化物機理(li)

　　這(zhe)里(li)使用的多種光(guang)(guang)譜技(ji)術(shu)與(yu)電位滴定提供了關于Zr-活(huo)性(xing)炭浸漬(zi)草酸(ZrOx-AC)氟化(hua)物(wu)吸附過程中有價值(zhi)的信(xin)息(xi)。光(guang)(guang)譜分(fen)析(xi)確定了商業(ye)活(huo)性(xing)炭(F400)參與(yu)氟化(hua)物(wu)吸收(shou)Zr(IV)主要的離子錨定官能(neng)團。此(ci)外，這(zhe)些(xie)分(fen)析(xi)有助于確定碳表面(mian)氟氧化(hua)鋯的類型。

　　因此(ci)，根據本研(yan)究中(zhong)的(de)所(suo)有(you)證據，可以(yi)假設(she)氟(fu)吸附機制（上圖）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或(huo)[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)水解Zr(IV)-COOH通(tong)過靜電相互作用形成(cheng)形成(cheng)CO-Zr鍵(jian)。考慮到(dao)鋯(IV)能形成(cheng)四面體和八面體的(de)聚合物(wu)結構(gou)。因此(ci)，可以(yi)提(ti)出活性炭(tan)表面氧官能度(du)的(de)**相互作用，見(jian)圖。

　　簡而言(yan)之，表示活(huo)性炭Zr在(zai)(zai)混(hun)合過(guo)程中加入草酸可以使氟吸附簡單(dan)Zr摻雜(za)的(de)(de)(de)AC下以1.05的(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們的(de)(de)(de)工作(zuo)表明，增強機制涉及(ji)Zr離子的(de)(de)(de)OA它控制成核，限制在(zai)(zai)常規方法中Zr分散的(de)(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)(de)生(sheng)長。鋯(gao)活(huo)性表面(mian)積增加，與活(huo)性炭表面(mian)位點有(you)關OA分子復(fu)合物的(de)(de)(de)形式留下了一些高活(huo)性Zr。*后，從Zr-羥(qian)基交換在(zai)(zai)草酸鹽的(de)(de)(de)表面(mian)位置Zr = O氟離子與鋯(gao)離子的(de)(de)(de)正(zheng)電(dian)荷相互作(zuo)用。