活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)(gao)浸(jin)漬或(huo)沉淀(IV)氟吸(xi)(xi)附(fu)(fu)通常在(zai)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)時得到改(gai)(gai)(gai)善。這些(xie)雜化(hua)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑可以(yi)通過控制浸(jin)漬條件來改(gai)(gai)(gai)善，這已(yi)經(jing)確定Zr組裝和(he)(he)分(fen)(fen)散在(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)這里(li)使用Zr(IV)與草酸(suan)(OA)共(gong)同(tong)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)，使鋯(gao)(gao)分(fen)(fen)散體(ti)*大(da)化(hua)，增強氟化(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)。吸(xi)(xi)附(fu)(fu)實驗在(zai)pH7和(he)(he)25℃氟濃度(du)為40 mg L -1。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)經(jing)過OA / Zr氟化(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)的*佳條件是(shi)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)。電位滴定顯(xian)示，改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)后的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(鋯(gao)(gao)改(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan))在(zai)pH正電荷(he)低于7，分(fen)(fen)析(xi)表(biao)(biao)明鋯(gao)(gao)離子主(zhu)要與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面的羧基相互作用。

　　此外，氟化(hua)物(wu)可以(yi)存在(zai)于飲用水(shui)中(zhong)，約0.7毫(hao)克L -1的水(shui)平被認為是有益的，但如果超過1.5毫(hao)克L -1則有害。飲用水(shui)或地(di)下水(shui)(飲用水(shui)的主要(yao)來源之一)攝入高氟化(hua)物(wu)濃(nong)度會造成危(wei)害，嚴重時會導致氟中(zhong)毒(du)(牙齒和(he)骨骼異常(chang))或神經損傷。氟化(hua)物(wu)濃(nong)度，*多(duo)30毫(hao)克的L -世(shi)界上許(xu)多(duo)地(di)區都能(neng)找(zhao)到地(di)下水(shui)，而且它至少存在(zai)于25個國家。

　　許(xu)多研究集中在從水溶液中去除(chu)氟化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)工程的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)，包(bao)括氧化(hua)(hua)(hua)鋁、粘(zhan)土(tu)、礦(kuang)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)和(he)植物(wu)(wu)(wu)、活性炭(tan)和(he)納米管 ，稀有氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚合(he)物(wu)(wu)(wu)和(he)樹脂。還知(zhi)道(dao)，一些金屬氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，如鐵、錳、蘭、鋁、鋯(gao)或(huo)鈦，可(ke)以顯著增加氟化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力。活性炭(tan)具有天然（未改性）的(de)(de)(de)(de)巨大(da)表面(mian)積(ji)，是(shi)水中氟化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)優良吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)，但能(neng)提(ti)供穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)支持(chi)，實現(xian)強氟化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)金屬相(xiang)的(de)(de)(de)(de)高分散，抑制這些活性金屬顆(ke)(ke)粒的(de)(de)(de)(de)燒(shao)結(jie)(jie)或(huo)體(ti)積(ji)沉(chen)淀(dian)。當這種活性炭(tan)材料使用鋯(gao)鋯(gao)時(IV)金屬絡合(he)物(wu)(wu)(wu)浸漬時，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力提(ti)高了3-5倍 。提(ti)高氟化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力的(de)(de)(de)(de)關鍵因素是(shi)控制活性炭(tan)表面(mian)積(ji)和(he)負載金屬相(xiang)的(de)(de)(de)(de)尺寸分布。還能(neng)抑制這些活性金屬顆(ke)(ke)粒的(de)(de)(de)(de)燒(shao)結(jie)(jie)或(huo)體(ti)積(ji)沉(chen)淀(dian)。

　　一些研(yan)究已(yi)經集中在裝(zhuang)載鋯上(shang)(IV)金屬鹽(yan)溶(rong)液通過(guo)浸(jin)漬或沉淀轉化(hua)為(wei)幾種吸(xi)附(fu)劑。雖(sui)然這種合成操作很簡(jian)單，但由于(yu)(yu)pH，離子(zi)強度(du)存在或已(yi)知會(hui)影(ying)(ying)響離子(zi)強度(du)Zr(IV)顆(ke)粒的(de)(de)(de)(de)聚集和重(zhong)組的(de)(de)(de)(de)其他因素的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響，難以(yi)理解和優(you)化(hua)。在許多情(qing)況下(xia)，由于(yu)(yu)平均尺(chi)寸范圍為(wei)納米(mi)至微米(mi)，吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)(de)特定(ding)面(mian)積(ji)為(wei)Zr在常規合成中，顆(ke)粒孔堵塞(sai)并下(xia)降，不(bu)受(shou)控(kong)制(zhi)。我們(men)認(ren)為(wei)，在合成過(guo)程中結合粒子(zi)表面(mian)或核的(de)(de)(de)(de)絡合（或螯合）配體，有助于(yu)(yu)控(kong)制(zhi)分散金屬的(de)(de)(de)(de)生長和*終粒度(du)分布。有機酸已(yi)被證明處于(yu)(yu)成核和聚合階段。該方法(fa)尚(shang)未系統(tong)(tong)地用(yong)(yong)于(yu)(yu)包含Zr納米(mi)顆(ke)粒負(fu)載在活(huo)(huo)性(xing)炭等碳表面(mian)，因此采用(yong)(yong)高(gao)機械強度(du)、優(you)良的(de)(de)(de)(de)流通系統(tong)(tong)滲(shen)透性(xing)和高(gao)活(huo)(huo)性(xing)炭表面(mian)，用(yong)(yong)于(yu)(yu)飲用(yong)(yong)水系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)脫氟過(guo)程。本研(yan)究的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)是(shi)利(li)用(yong)(yong)草酸作為(wei)浸(jin)漬過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)復合配體來控(kong)制(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆(ke)粒粒徑，提出可能(neng)的(de)(de)(de)(de)氟吸(xi)附(fu)機制(zhi)，提高(gao)顆(ke)粒活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)氟吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)。

　　鋯改(gai)性(xing)用于(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)

　　根據考慮(lv)了Zr(IV)/有機封端劑(ji)(Zr / OA)在(zai)(zai)實(shi)驗(yan)設計(ji)中，采用鋯(gao)浸漬(zi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，以確定具有*高氟吸(xi)附(fu)能力(li)的(de)吸(xi)附(fu)劑(ji)。添加活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液中。然(ran)后，將浸漬(zi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和(he)(he)10mL的(de)0.01-12.將2%的(de)草酸溶(rong)液混合1天，然(ran)后過濾、漂洗和(he)(he)60%℃干燥12小時。由此產(chan)生的(de)浸漬(zi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)稱為ZrOx-AC。將F400加入(ru)到ZrOClO 2 ·8H 2 O在(zai)(zai)溶(rong)液中，獲得的(de)材料是(shi)鋯(gao)改性(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。所有浸漬(zi)過程均為25℃進行。

　　活性(xing)炭吸(xi)附(fu)氟化(hua)物機理

　　這里使用的多種(zhong)光(guang)(guang)譜技(ji)術與電位滴定提供(gong)了關于(yu)(yu)Zr-活(huo)性(xing)炭浸漬草酸(ZrOx-AC)氟化物吸附過程中有價值的信(xin)息。光(guang)(guang)譜分(fen)析確定了商(shang)業活(huo)性(xing)炭(F400)參與氟化物吸收(shou)Zr(IV)主要的離子錨(mao)定官能團。此(ci)外(wai)，這些(xie)分(fen)析有助于(yu)(yu)確定碳表面氟氧化鋯的類(lei)型。

　　因(yin)此(ci)，根據本研究中的所有證據，可以(yi)假設氟(fu)吸附機制（上(shang)圖(tu)）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或(huo)[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水解Zr(IV)-COOH通過靜電相互作用(yong)(yong)形成(cheng)形成(cheng)CO-Zr鍵(jian)。考慮到鋯(IV)能(neng)形成(cheng)四(si)面(mian)(mian)體和八面(mian)(mian)體的聚合物(wu)結構。因(yin)此(ci)，可以(yi)提(ti)出活(huo)性炭(tan)表面(mian)(mian)氧官能(neng)度(du)的**相互作用(yong)(yong)，見圖(tu)。

　　簡(jian)而言(yan)之(zhi)，表(biao)示活(huo)性(xing)炭Zr在(zai)混合(he)過程中加入草(cao)酸可以(yi)使(shi)氟吸附簡(jian)單Zr摻雜的(de)(de)AC下(xia)以(yi)1.05的(de)(de)*佳Zr / OA比提高3倍。我們的(de)(de)工作表(biao)明(ming)，增(zeng)強(qiang)機制(zhi)涉及Zr離(li)子(zi)的(de)(de)OA它控制(zhi)成核，限制(zhi)在(zai)常規(gui)方法中Zr分(fen)(fen)散(san)的(de)(de)ZrO 二顆粒的(de)(de)生長。鋯活(huo)性(xing)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)增(zeng)加，與(yu)活(huo)性(xing)炭表(biao)面(mian)(mian)位點有(you)關OA分(fen)(fen)子(zi)復合(he)物的(de)(de)形式留下(xia)了(le)一些高活(huo)性(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交換在(zai)草(cao)酸鹽(yan)的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)位置Zr = O氟離(li)子(zi)與(yu)鋯離(li)子(zi)的(de)(de)正電荷相(xiang)互作用。