活性炭去除污水中的亞硝酸(suan)鹽

　　活(huo)性(xing)炭去除廢(fei)水(shui)(shui)(shui)中的(de)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)根和(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)根陰離子，氮(dan)(N)是(shi)所有(you)生物(wu)的(de)基(ji)本要素。氮(dan)以(yi)不同的(de)氧(yang)化(hua)態存在，如(ru)NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和(he)(he)NH 4  ( - 3)。其中，NO 3 -，NO 2 -和(he)(he)NH 4  ( - 3)更受關注，因為它(ta)們易溶于(yu)水(shui)(shui)(shui)，對人體健康有(you)毒。農業(ye)(ye)施肥等(deng)非點(dian)源硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽污染地(di)下水(shui)(shui)(shui)和(he)(he)地(di)表水(shui)(shui)(shui)已成為工(gong)業(ye)(ye)和(he)(he)發(fa)展中國家日(ri)益嚴重(zhong)的(de)環境問題。硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽污染是(shi)由(you)于(yu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽肥料的(de)廣泛使用和(he)(he)人類和(he)(he)動物(wu)廢(fei)物(wu)處(chu)理不善或未經處(chu)理而發(fa)生的(de)。硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽是(shi)許多工(gong)業(ye)(ye)過程的(de)副(fu)產(chan)(chan)品，包括生產(chan)(chan)造紙、硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)基(ji)有(you)機(ji)化(hua)合(he)物(wu)和(he)(he)藥物(wu)化(hua)合(he)物(wu)。亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)胺致(zhi)癌的(de)前兆是(shi)地(di)下水(shui)(shui)(shui)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽濃度的(de)增加。由(you)于(yu)這些原因，歐盟(meng)限(xian)制了飲用水(shui)(shui)(shui)中硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽和(he)(he)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽的(de)濃度。

　　亞(ya)硝(xiao)酸鹽和硝(xiao)酸鹽也是存在(zai)于更多(duo)放(fang)(fang)射性廢物中的(de)非(fei)(fei)放(fang)(fang)射性廢物； 硝(xiao)酸在(zai)核武器和核燃料的(de)生產過程中被用來(lai)處理極其有毒的(de)放(fang)(fang)射性元素，如(ru)鈾(you)和鍶。然(ran)而，如(ru)果硝(xiao)酸鹽濃度較(jiao)高，可能(neng)會(hui)影響穩定水泥基(ji)體(ti)的(de)形(xing)成，使各種金屬(shu)加工廢料難以長期(qi)處理。因此，從健康和環境的(de)角度來(lai)看(kan)，去除硝(xiao)酸鹽和亞(ya)硝(xiao)酸鹽是非(fei)(fei)常重(zhong)要的(de)。

　　傳(chuan)統(tong)的(de)(de)去除硝酸鹽(yan)和(he)亞(ya)硝酸鹽(yan)陰離(li)子的(de)(de)方(fang)法(fa)包括反滲(shen)透、離(li)子交換、組合(he)膜生(sheng)物反應器(qi)/粉末活性炭(tan)吸(xi)附、生(sheng)物膜電極(ji)反應器(qi)(BER)和(he)BER /吸(xi)附過程。這些方(fang)法(fa)大多(duo)有一些缺點，如高資本、高運營成本或(huo)污泥處(chu)置(zhi)。

　　未氧(yang)化氧(yang)化活性(xing)炭DFT孔徑分布。

　　*近，從廢水中去除(chu)硝酸(suan)鹽(yan)和亞硝酸(suan)鹽(yan)的陰離子，檢查了許多低成本的替代吸附劑。

　　目(mu)前(qian)的(de)工作是提高活性炭(tan)(tan)去除廢水中硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)和亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)離子的(de)能力(li)。為實現這(zhe)一(yi)目(mu)標(biao)，進行了以下(xia)研究：(a)制備和表征(zheng)活性炭(tan)(tan)，(b)在活性炭(tan)(tan)樣品中建立硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)和亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)根離子*大吸附(fu)條(tiao)件，(c)在活性炭(tan)(tan)上評估(gu)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)和亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)離子的(de)動力(li)學和熱力(li)學參數。

　　活性炭吸附研究(jiu)：樣品選擇：干燥活(huo)性炭的(de)固定(ding)非氧(yang)化和(he)氧(yang)化（0.1g)和(he)初始濃度(du)Co = 25mgL -1的(de)原液(ye)的(de)25mL等分試樣振蕩(dang)24小時(shi)。過濾各(ge)種混合(he)物，確定(ding)溶(rong)液(ye)中的(de)殘留物、硝酸(suan)(suan)鹽(yan)和(he)亞硝酸(suan)(suan)鹽(yan)含(han)量，以了(le)(le)解平衡時(shi)間的(de)影響。通過稀釋NaOH或HCl溶(rong)液(ye)pH從2調(diao)整到(dao)11。在確定(ding)平衡時(shi)間的(de)批量實(shi)驗中，我們(men)使用20mL的(de)pH調(diao)節溶(rong)液(ye)和(he)30mg吸附劑(ji)。pH該(gai)值提供了(le)(le)*大的(de)陰離子(zi)去除率。取50毫克L的(de)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)水溶(rong)液(ye)20ml的(de)進(jin)行(xing)-1 NO 3 ˉ不同量的(de)和(he)碳(tan)劑(ji)量為(wei)200毫克Ca(HCO存在3)20-400毫克L-1。25振蕩(dang)時(shi)間的(de)作用℃，45℃和(he)55℃24小時(shi)進(jin)行(xing)。使用離子(zi)色譜柱(zhu)：6.1006.超濾液(ye)：2000陰離子(zi)柱(zhu).5 mmolL-一對苯二甲(jia)酸(suan)(suan)，7%乙腈，pH = 4.電導檢測器測定(ding)陰離子(zi)濃度(du)。

　　動力學研究

　　動(dong)力學(xue)試(shi)驗研究了(le)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭對陰離(li)子吸附效(xiao)率的(de)影(ying)響(xiang)(NO2-和(he)NO3-氧化活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭樣品的(de)吸附效(xiao)果，50毫(hao)克活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭和(he)20毫(hao)升(sheng)硝酸鹽(yan)(yan)的(de)初始濃度為(wei)50毫(hao)升(sheng) mg·L - 1.亞(ya)硝酸鹽(yan)(yan)濃度為(wei)5 mg·L -1的(de)時間為(wei)不同的(de)時間段，即硝酸鹽(yan)(yan)和(he)亞(ya)硝酸鹽(yan)(yan)在各(ge)種(zhong)水產養殖和(he)工(gong)業(ye)廢水中的(de)濃度水平(ping)]通(tong)過濾紙過濾懸(xuan)浮液，分析殘(can)余陰離(li)子濃度。

　　活性炭表征

　　根據所有元素的(de)百分比含(han)量(liang)與氧(yang)殘留(liu)量(liang)之間(jian)的(de)差異，的(de)方法(fa)是從元素分析中報告氧(yang)含(han)量(liang)值。

　　活性炭表征

　　從(cong)(cong)元(yuan)素分(fen)析中報(bao)告氧(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)值的(de)常(chang)用方法是(shi)基于所有(you)元(yuan)素的(de)百分(fen)比含(han)量(liang)(liang)與(yu)氧(yang)(yang)殘留量(liang)(liang)之間的(de)差異。活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)氧(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)顯(xian)(xian)著增(zeng)加(jia)（從(cong)(cong)0開始(shi).92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中研(yan)究了活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)DFT孔徑分(fen)布(bu)。給出了表(biao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)孔體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)結果。顯(xian)(xian)示了活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)微(wei)(wei)孔性(xing)質。 　　活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)孔體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)表(biao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)增(zeng)加(jia)，孔徑分(fen)布(bu)沒有(you)明顯(xian)(xian)變化(hua)(hua)(hua)。與(yu)未(wei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳樣品(pin)(pin)(pin)(pin)相比，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳的(de)表(biao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)孔體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)分(fen)別增(zeng)加(jia)了約43%和(he)35%。氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)和(he)未(wei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)(pin)(pin)*大1nm 的(de)微(wei)(wei)孔和(he)2-4nm的(de)中孔。數據還顯(xian)(xian)示，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后毛孔變寬。微(wei)(wei)區增(zeng)強，介孔范圍(2-4nm)稍微(wei)(wei)降低。這可(ke)能是(shi)因為(wei)從(cong)(cong)容納一個吸附層的(de)孔寬到兩個，兩個層分(fen)別轉換(huan)為(wei)三個。                                                                                                                                                                         吸附材(cai)料的(de)表(biao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)孔體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)。1:未(wei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)(pin)(pin).二(er)、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)(pin)(pin).1:未(wei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)(pin)(pin).二(er)、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)(pin)(pin)(pin).?DFT：分(fen)布(bu)孔徑；BET：微(wei)(wei)孔材(cai)料的(de)表(biao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)表(biao)征

　　兩種吸附(fu)劑的(de)(de)(de)(de)分(fen)形維(wei)數(shu)(D)由(you)Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模(mo)型計算。在650℃活性(xing)炭(tan)樣(yang)品具有活性(xing)炭(tan)D = 2.1.分(fen)數(shu)維(wei)數(shu)。這(zhe)(zhe)表明表面(mian)(mian)非常(chang)粗(cu)糙或不(bu)規則。在用(yong)(yong)Na 2 CO 3表面(mian)(mian)改(gai)(gai)性(xing)時(shi)，分(fen)形維(wei)數(shu)減少(D = 2.2)。 　　這(zhe)(zhe)表明改(gai)(gai)性(xing)碳的(de)(de)(de)(de)結(jie)構隨(sui)著小晶(jing)粒和(he)交(jiao)(jiao)聯結(jie)構的(de)(de)(de)(de)分(fen)解變得更加有序。對于(yu)這(zhe)(zhe)類(lei)試劑，混合碳的(de)(de)(de)(de)反應(ying)性(xing)大(da)于(yu)微晶(jing)碳； 因此，交(jiao)(jiao)聯碳主(zhu)要(yao)被消耗掉。交(jiao)(jiao)聯分(fen)解導致(zhi)堵塞孔(kong)的(de)(de)(de)(de)釋放，從而(er)減少增加的(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)積(ji)和(he)孔(kong)體積(ji)。 　　硬(ying)度(du)(du)對活性(xing)炭(tan)去(qu)除(chu)硝酸鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)影響 　　共存離(li)子(zi)(zi)是(shi)碳酸氫(qing)鈣，通常(chang)在地(di)(di)下水中發現(xian)，并(bing)產生暫時(shi)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)(du)。圖2證明了這(zhe)(zhe)一點(dian)。在Ca(HCO 3)2在存在下，硝酸鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率明顯降低。這(zhe)(zhe)些(xie)物質的(de)(de)(de)(de)抑制作用(yong)(yong)可(ke)(ke)以(yi)(yi)歸(gui)因于(yu)NO 3 -和(he)HCO 3 -相同(tong)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)結(jie)構。它們都是(shi)平的(de)(de)(de)(de)，而(er)且都是(shi)平的(de)(de)(de)(de)N-O和(he)C-O鍵之間的(de)(de)(de)(de)角度(du)(du)相同(tong)，等于(yu)120℃。可(ke)(ke)以(yi)(yi)合理地(di)(di)認(ren)為，HCO 3個(ge) ˉ陰(yin)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)競爭性(xing)吸附(fu)到相同(tong)的(de)(de)(de)(de)活性(xing)位點(dian)RS的(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)上。  圖2：使(shi)用(yong)(yong)1：活性(xing)炭(tan)硬(ying)度(du)(du)對去(qu)除(chu)硝酸鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)影響。 　　這(zhe)(zhe)些(xie)結(jie)果表明，由(you)KMnO 改(gai)(gai)性(xing)活性(xing)炭(tan)比這(zhe)(zhe)些(xie)吸附(fu)劑中的(de)(de)(de)(de)任何一種都好得多或更好。這(zhe)(zhe)可(ke)(ke)能與吸附(fu)機制有關，包括(kuo)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)換和(he)絡合。

　　事實上(shang)，開(kai)發低成本吸附(fu)劑(ji)是(shi)(shi)減少各種(zhong)化(hua)學工藝(yi)產生的(de)(de)大量廢物(wu)和(he)(he)(he)有毒廢水(shui)的(de)(de)主要(yao)目標之一。從這個(ge)意義上(shang)說，高錳酸鉀(jia)改性(xing)活性(xing)炭(tan)對(dui)(dui)水(shui)溶液(ye)中(zhong)的(de)(de)硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)和(he)(he)(he)亞硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)有很好的(de)(de)吸附(fu)能力(li)。在(zai)(zai)這個(ge)問(wen)題上(shang)，研(yan)究了影響單組分體系中(zhong)硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)和(he)(he)(he)亞硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)離子去除的(de)(de)因素：溫度(du)，pH值、吸附(fu)劑(ji)濃度(du)和(he)(he)(he)活性(xing)炭(tan)劑(ji)量。在(zai)(zai)二元體系(NO 3和(he)(he)(he)HCO 3)硬度(du)對(dui)(dui)硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)去除的(de)(de)抑制(zhi)作用是(shi)(shi)指NO 3和(he)(he)(he)HCO 在(zai)(zai)同一結構離子和(he)(he)(he)系統中(zhong)(NO 3和(he)(he)(he)NO 2)由于競爭(zheng)效應，硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)吸附(fu)受(shou)到抑制(zhi)，亞硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)吸附(fu)受(shou)到協(xie)同吸附(fu)的(de)(de)促進。NOM當存(cun)在(zai)(zai)或不存(cun)在(zai)(zai)時，吸附(fu)能力(li)相似，表明硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)對(dui)(dui)碳表面(mian)的(de)(de)親(qin)和(he)(he)(he)力(li)強于硝(xiao)酸鹽(yan)(yan)(yan)和(he)(he)(he)NOM的(de)(de)吸附(fu)。