活性炭去除氟化物

　　用鋯(gao)浸漬或沉淀(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)附(fu)(fu)通(tong)常在(zai)(zai)(zai)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)時得(de)到改(gai)善。這(zhe)些(xie)雜化吸(xi)附(fu)(fu)劑可(ke)以通(tong)過控制(zhi)浸漬條件來改(gai)善，這(zhe)已經確定Zr組裝和(he)分(fen)散在(zai)(zai)(zai)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)(zai)這(zhe)里使用Zr(IV)與(yu)草酸(OA)共同改(gai)性(xing)(xing)(xing)，使鋯(gao)分(fen)散體*大化，增強氟(fu)(fu)化物(wu)吸(xi)附(fu)(fu)。吸(xi)附(fu)(fu)實驗在(zai)(zai)(zai)pH7和(he)25℃氟(fu)(fu)濃度為40 mg L -1。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)經過OA / Zr氟(fu)(fu)化物(wu)吸(xi)附(fu)(fu)的(de)*佳條件是改(gai)性(xing)(xing)(xing)。電位(wei)滴定顯(xian)示，改(gai)性(xing)(xing)(xing)后的(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(鋯(gao)改(gai)性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan))在(zai)(zai)(zai)pH正電荷低于(yu)7，分(fen)析表明鋯(gao)離(li)子主要與(yu)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表面的(de)羧(suo)基相互作用。

　　此外，氟(fu)化(hua)物可以存在于(yu)飲(yin)用(yong)水(shui)(shui)中，約0.7毫克L -1的(de)水(shui)(shui)平被認為是有益的(de)，但(dan)如果超過1.5毫克L -1則有害。飲(yin)用(yong)水(shui)(shui)或地下(xia)(xia)水(shui)(shui)(飲(yin)用(yong)水(shui)(shui)的(de)主要來源(yuan)之一)攝入高氟(fu)化(hua)物濃度會造成危(wei)害，嚴重時會導致氟(fu)中毒(牙齒和骨骼異常)或神經損傷。氟(fu)化(hua)物濃度，*多30毫克的(de)L -世(shi)界上許多地區都能(neng)找到地下(xia)(xia)水(shui)(shui)，而且它至少(shao)存在于(yu)25個國家(jia)。

　　許(xu)多研究(jiu)集中在從水溶液中去(qu)除氟(fu)化(hua)物(wu)工(gong)程的(de)(de)吸(xi)附(fu)劑(ji)，包括氧(yang)化(hua)鋁(lv)、粘土(tu)、礦物(wu)質和植物(wu)、活(huo)性(xing)炭和納(na)米管 ，稀有(you)氧(yang)化(hua)物(wu)、聚(ju)合物(wu)和樹脂。還知(zhi)道，一些(xie)金(jin)(jin)屬氧(yang)化(hua)物(wu)，如鐵、錳(meng)、蘭、鋁(lv)、鋯或鈦，可以(yi)顯著增加(jia)氟(fu)化(hua)物(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)能力(li)。活(huo)性(xing)炭具有(you)天然（未改(gai)性(xing)）的(de)(de)巨大表(biao)(biao)面(mian)積，是水中氟(fu)化(hua)物(wu)的(de)(de)優良吸(xi)附(fu)劑(ji)，但能提供穩定(ding)的(de)(de)支持，實現強(qiang)氟(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)劑(ji)金(jin)(jin)屬相的(de)(de)高分(fen)散，抑(yi)制這些(xie)活(huo)性(xing)金(jin)(jin)屬顆粒(li)的(de)(de)燒(shao)結或體積沉淀。當(dang)這種活(huo)性(xing)炭材料(liao)使用鋯鋯時(shi)(IV)金(jin)(jin)屬絡合物(wu)浸漬時(shi)，吸(xi)附(fu)能力(li)提高了3-5倍 。提高氟(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)附(fu)能力(li)的(de)(de)關鍵因素是控(kong)制活(huo)性(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)積和負載金(jin)(jin)屬相的(de)(de)尺寸分(fen)布。還能抑(yi)制這些(xie)活(huo)性(xing)金(jin)(jin)屬顆粒(li)的(de)(de)燒(shao)結或體積沉淀。

　　一些(xie)研究(jiu)已經集(ji)(ji)中(zhong)在(zai)(zai)裝載鋯上(IV)金屬(shu)鹽溶(rong)液通過浸(jin)漬(zi)或沉淀轉化(hua)為(wei)幾種(zhong)(zhong)吸附(fu)劑(ji)。雖然這(zhe)種(zhong)(zhong)合(he)成(cheng)操作很簡單(dan)，但由(you)于pH，離子強度存(cun)在(zai)(zai)或已知會影響(xiang)離子強度Zr(IV)顆粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)聚集(ji)(ji)和(he)重(zhong)組的(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)他因素的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，難以理解和(he)優化(hua)。在(zai)(zai)許(xu)多情(qing)況下，由(you)于平均(jun)尺寸(cun)范圍為(wei)納米(mi)至微米(mi)，吸附(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)特定面積為(wei)Zr在(zai)(zai)常(chang)規合(he)成(cheng)中(zhong)，顆粒(li)孔堵塞并下降，不受控(kong)制(zhi)。我(wo)們(men)認為(wei)，在(zai)(zai)合(he)成(cheng)過程(cheng)中(zhong)結合(he)粒(li)子表(biao)面或核(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)絡合(he)（或螯(ao)合(he)）配(pei)體，有助于控(kong)制(zhi)分散金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)生長和(he)*終(zhong)粒(li)度分布(bu)。有機(ji)酸(suan)(suan)已被證明處于成(cheng)核(he)(he)和(he)聚合(he)階段。該方法尚未系統地(di)用于包(bao)含Zr納米(mi)顆粒(li)負載在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭等碳表(biao)面，因此采用高機(ji)械強度、優良的(de)(de)(de)(de)(de)流通系統滲透性(xing)和(he)高活(huo)性(xing)炭表(biao)面，用于飲用水系統的(de)(de)(de)(de)(de)脫氟(fu)過程(cheng)。本(ben)研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是利用草酸(suan)(suan)作為(wei)浸(jin)漬(zi)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)配(pei)體來控(kong)制(zhi)含量Zr(Ⅳ)顆粒(li)粒(li)徑，提(ti)出可能的(de)(de)(de)(de)(de)氟(fu)吸附(fu)機(ji)制(zhi)，提(ti)高顆粒(li)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)氟(fu)吸附(fu)能力。

　　鋯(gao)改性用于活性炭

　　根(gen)據(ju)考慮(lv)了(le)Zr(IV)/有機(ji)封端劑(Zr / OA)在實驗設(she)計中，采用(yong)鋯浸漬活性炭(tan)，以確定(ding)具有*高氟吸附(fu)能力的(de)吸附(fu)劑。添加(jia)活性炭(tan)Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中。然(ran)后，將(jiang)浸漬活性炭(tan)和10mL的(de)0.01-12.將(jiang)2%的(de)草(cao)酸溶(rong)液(ye)混合1天(tian)，然(ran)后過濾(lv)、漂洗和60%℃干燥(zao)12小時。由此產生的(de)浸漬活性炭(tan)稱(cheng)為ZrOx-AC。將(jiang)F400加(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)中，獲得(de)的(de)材料(liao)是(shi)鋯改(gai)性活性炭(tan)。所有浸漬過程(cheng)均(jun)為25℃進行。

　　活性炭吸附(fu)氟化物(wu)機理

　　這里使(shi)用的(de)(de)多(duo)種(zhong)光譜技術與(yu)電(dian)位(wei)滴定提供(gong)了關于Zr-活(huo)(huo)性炭浸(jin)漬草酸(ZrOx-AC)氟(fu)(fu)化物吸附過程(cheng)中有(you)(you)價(jia)值的(de)(de)信(xin)息。光譜分析確定了商(shang)業活(huo)(huo)性炭(F400)參與(yu)氟(fu)(fu)化物吸收(shou)Zr(IV)主要的(de)(de)離子錨定官能團。此外，這些分析有(you)(you)助(zhu)于確定碳表面氟(fu)(fu)氧化鋯的(de)(de)類型。

　　因此(ci)，根據本研究中(zhong)的所(suo)有證據，可以(yi)假設(she)氟吸附機制（上圖(tu)）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的水(shui)解Zr(IV)-COOH通(tong)過靜電相(xiang)互作用形成(cheng)形成(cheng)CO-Zr鍵。考(kao)慮到鋯(gao)(IV)能形成(cheng)四面(mian)體和八面(mian)體的聚合物結構。因此(ci)，可以(yi)提出活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)氧官能度的**相(xiang)互作用，見圖(tu)。

　　簡而言(yan)之，表(biao)(biao)示活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)Zr在混合過程中加(jia)入草(cao)酸可以使氟吸附簡單(dan)Zr摻(chan)雜的(de)(de)(de)AC下(xia)以1.05的(de)(de)(de)*佳Zr / OA比提(ti)高(gao)3倍。我們的(de)(de)(de)工作(zuo)表(biao)(biao)明，增強機制(zhi)(zhi)涉及Zr離(li)子(zi)的(de)(de)(de)OA它(ta)控制(zhi)(zhi)成核，限(xian)制(zhi)(zhi)在常規方法中Zr分(fen)散的(de)(de)(de)ZrO 二(er)顆粒的(de)(de)(de)生長。鋯(gao)活(huo)性(xing)(xing)表(biao)(biao)面積增加(jia)，與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面位點(dian)有關(guan)OA分(fen)子(zi)復合物的(de)(de)(de)形式(shi)留下(xia)了(le)一些高(gao)活(huo)性(xing)(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交換(huan)在草(cao)酸鹽的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面位置Zr = O氟離(li)子(zi)與鋯(gao)離(li)子(zi)的(de)(de)(de)正(zheng)電荷(he)相(xiang)互作(zuo)用。