活性炭去除氟化物

　　用(yong)鋯浸漬或(huo)沉淀(dian)(IV)氟(fu)(fu)吸(xi)(xi)附(fu)通(tong)常在(zai)(zai)改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭時得到改善。這些雜化(hua)吸(xi)(xi)附(fu)劑可(ke)以通(tong)過(guo)(guo)控制浸漬條件來(lai)改善，這已(yi)經(jing)確定Zr組裝和(he)分(fen)散(san)在(zai)(zai)活(huo)(huo)性(xing)炭表(biao)面。活(huo)(huo)性(xing)炭在(zai)(zai)這里使(shi)用(yong)Zr(IV)與(yu)草(cao)酸(OA)共同改性(xing)，使(shi)鋯分(fen)散(san)體*大化(hua)，增(zeng)強氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)。吸(xi)(xi)附(fu)實驗在(zai)(zai)pH7和(he)25℃氟(fu)(fu)濃度(du)為(wei)40 mg L -1。活(huo)(huo)性(xing)炭經(jing)過(guo)(guo)OA / Zr氟(fu)(fu)化(hua)物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)的(de)(de)*佳條件是改性(xing)。電位滴定顯示，改性(xing)后的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(鋯改性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭)在(zai)(zai)pH正電荷低于7，分(fen)析表(biao)明鋯離(li)子主(zhu)要與(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭表(biao)面的(de)(de)羧基相互作(zuo)用(yong)。

　　此外，氟(fu)化物可以存在于(yu)飲用水中，約0.7毫(hao)克(ke)L -1的(de)水平被(bei)認為是有(you)(you)益的(de)，但如(ru)果超過1.5毫(hao)克(ke)L -1則有(you)(you)害。飲用水或(huo)地(di)下水(飲用水的(de)主要來源之一(yi))攝入高氟(fu)化物濃度會(hui)造(zao)成(cheng)危(wei)害，嚴重時會(hui)導(dao)致氟(fu)中毒(牙(ya)齒和骨骼異常(chang))或(huo)神經損傷。氟(fu)化物濃度，*多30毫(hao)克(ke)的(de)L -世界上(shang)許(xu)多地(di)區都能找到地(di)下水，而(er)且它至少存在于(yu)25個(ge)國(guo)家。

　　許(xu)多研究集中(zhong)在從水(shui)溶液中(zhong)去除(chu)氟(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)工程的(de)吸附(fu)(fu)劑(ji)，包括氧(yang)化(hua)(hua)鋁、粘土、礦物(wu)(wu)(wu)質和(he)植物(wu)(wu)(wu)、活(huo)(huo)性(xing)炭和(he)納米(mi)管 ，稀有(you)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、聚合物(wu)(wu)(wu)和(he)樹(shu)脂。還(huan)知道，一些金屬(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，如鐵(tie)、錳、蘭、鋁、鋯或鈦，可以顯著(zhu)增加(jia)氟(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)吸附(fu)(fu)能力(li)(li)。活(huo)(huo)性(xing)炭具(ju)有(you)天然（未(wei)改(gai)性(xing)）的(de)巨大表面(mian)積(ji)，是(shi)水(shui)中(zhong)氟(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)優(you)良吸附(fu)(fu)劑(ji)，但能提(ti)供(gong)穩定的(de)支持，實現強氟(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸附(fu)(fu)劑(ji)金屬(shu)相(xiang)的(de)高分散，抑(yi)制這(zhe)些活(huo)(huo)性(xing)金屬(shu)顆粒(li)的(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀。當這(zhe)種(zhong)活(huo)(huo)性(xing)炭材(cai)料使(shi)用鋯鋯時(shi)(IV)金屬(shu)絡合物(wu)(wu)(wu)浸漬時(shi)，吸附(fu)(fu)能力(li)(li)提(ti)高了3-5倍 。提(ti)高氟(fu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)吸附(fu)(fu)能力(li)(li)的(de)關鍵因素是(shi)控(kong)制活(huo)(huo)性(xing)炭表面(mian)積(ji)和(he)負載金屬(shu)相(xiang)的(de)尺寸分布。還(huan)能抑(yi)制這(zhe)些活(huo)(huo)性(xing)金屬(shu)顆粒(li)的(de)燒結或體積(ji)沉(chen)淀。

　　一(yi)些研(yan)究已經(jing)集中在裝載(zai)鋯上(shang)(IV)金屬鹽溶液通過浸(jin)漬或(huo)(huo)沉淀轉化為(wei)幾種吸附劑。雖然這種合(he)(he)成(cheng)操作很簡(jian)單，但由于pH，離子(zi)強(qiang)度(du)存在或(huo)(huo)已知會影響(xiang)離子(zi)強(qiang)度(du)Zr(IV)顆粒(li)(li)(li)的(de)(de)聚集和重組的(de)(de)其他因素的(de)(de)影響(xiang)，難以理(li)解和優(you)化。在許多(duo)情況下，由于平均尺寸(cun)范圍為(wei)納(na)米至微(wei)米，吸附劑的(de)(de)特定(ding)面積(ji)為(wei)Zr在常規合(he)(he)成(cheng)中，顆粒(li)(li)(li)孔(kong)堵塞并(bing)下降，不受控(kong)制。我們認為(wei)，在合(he)(he)成(cheng)過程中結合(he)(he)粒(li)(li)(li)子(zi)表(biao)面或(huo)(huo)核的(de)(de)絡(luo)合(he)(he)（或(huo)(huo)螯合(he)(he)）配體，有(you)助于控(kong)制分散金屬的(de)(de)生長和*終粒(li)(li)(li)度(du)分布。有(you)機(ji)酸已被證明處于成(cheng)核和聚合(he)(he)階段(duan)。該方法尚未系(xi)統(tong)地用(yong)于包含(han)Zr納(na)米顆粒(li)(li)(li)負載(zai)在活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)等(deng)碳表(biao)面，因此采用(yong)高(gao)機(ji)械強(qiang)度(du)、優(you)良(liang)的(de)(de)流(liu)通系(xi)統(tong)滲(shen)透性(xing)(xing)和高(gao)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面，用(yong)于飲(yin)用(yong)水系(xi)統(tong)的(de)(de)脫氟過程。本研(yan)究的(de)(de)目的(de)(de)是利(li)用(yong)草(cao)酸作為(wei)浸(jin)漬過程中的(de)(de)復(fu)合(he)(he)配體來控(kong)制含(han)量Zr(Ⅳ)顆粒(li)(li)(li)粒(li)(li)(li)徑，提(ti)出(chu)可(ke)能(neng)的(de)(de)氟吸附機(ji)制，提(ti)高(gao)顆粒(li)(li)(li)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)氟吸附能(neng)力。

　　鋯改性用于活性炭

　　根據考(kao)慮了Zr(IV)/有(you)機封端劑(ji)(Zr / OA)在實(shi)驗設計(ji)中(zhong)(zhong)，采用鋯浸(jin)(jin)漬活性(xing)炭，以(yi)確(que)定具有(you)*高氟吸附能力的(de)吸附劑(ji)。添加(jia)(jia)活性(xing)炭Zr 2  ?15 %的(de)ZrOClO 2 ·8H 2 O溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)。然后(hou)，將(jiang)浸(jin)(jin)漬活性(xing)炭和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)濾、漂洗和60%℃干(gan)燥12小時。由(you)此產(chan)生的(de)浸(jin)(jin)漬活性(xing)炭稱為ZrOx-AC。將(jiang)F400加(jia)(jia)入到ZrOClO 2 ·8H 2 O在溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)，獲得(de)的(de)材料是鋯改性(xing)活性(xing)炭。所有(you)浸(jin)(jin)漬過(guo)程均(jun)為25℃進行。

　　活性(xing)炭吸(xi)附氟化(hua)物機理

　　這(zhe)里使用的(de)多種光譜(pu)技術與電位滴(di)定(ding)提供了關于Zr-活性(xing)炭浸(jin)漬草酸(ZrOx-AC)氟(fu)化物(wu)吸附過程中有價值(zhi)的(de)信息。光譜(pu)分析確定(ding)了商業活性(xing)炭(F400)參與氟(fu)化物(wu)吸收Zr(IV)主要的(de)離子錨定(ding)官能(neng)團(tuan)。此(ci)外，這(zhe)些分析有助于確定(ding)碳表(biao)面氟(fu)氧化鋯的(de)類型。

　　因(yin)此(ci)，根據(ju)本研究中(zhong)的(de)(de)所有(you)證據(ju)，可(ke)以假設(she)氟吸附機制(zhi)（上圖）。首先，ZrOCl 2(ZrOOH  或[Zr(OH)2   x ·(4-x)H 2 O] 4 (8-4x) )的(de)(de)水解Zr(IV)-COOH通過靜電相互作用(yong)形(xing)成形(xing)成CO-Zr鍵。考慮到鋯(IV)能形(xing)成四面體和八面體的(de)(de)聚合物結構。因(yin)此(ci)，可(ke)以提出活性炭表面氧官能度的(de)(de)**相互作用(yong)，見(jian)圖。

　　簡(jian)而(er)言之(zhi)，表(biao)示活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)Zr在混合過程中加(jia)入草酸(suan)(suan)可以(yi)使(shi)氟吸附簡(jian)單Zr摻雜(za)的(de)AC下以(yi)1.05的(de)*佳Zr / OA比提高3倍(bei)。我們的(de)工作表(biao)明，增強機制(zhi)涉及Zr離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)OA它控制(zhi)成核，限(xian)制(zhi)在常規方法(fa)中Zr分(fen)散的(de)ZrO 二顆粒的(de)生長。鋯活(huo)性(xing)(xing)表(biao)面(mian)積增加(jia)，與(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)位點有關OA分(fen)子(zi)(zi)復合物(wu)的(de)形式留下了一些(xie)高活(huo)性(xing)(xing)Zr。*后，從Zr-羥基交換在草酸(suan)(suan)鹽(yan)的(de)表(biao)面(mian)位置Zr = O氟離(li)(li)子(zi)(zi)與(yu)(yu)鋯離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)正電(dian)荷相互作用。