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活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

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活性炭用来地下水除氟
文章作者：韩研网络部 更新时间：2022-1-18 16:45:47

　　活性炭用来地下水除氟

　　氟离子(F-)被认为是在水和地下水中发现的非常危险的元素之一。氟离子污染通常来自萤石、冰晶石和氟磷灰石等矿物和岩石资源的不断浸出。1此外，半导体和化肥制造厂、制药公司、铍提取厂、铝冶炼厂和采矿业等多个行业在其工艺过程中使用氟化物，并在天然水中释放氟离子。为了解决这些问题，我们使用活性炭来限制水中氟化物的浓度，本研究报告了活性炭功能化后在水中除氟方面的应用。

　　活性炭对氟吸附实验

　　活性炭原材料，在105℃烘箱中干燥24小时，然后研磨并筛分至小于2mm的若干粒径。使用ZnCl2作为化学试剂通过化学活化制备活性炭。将初始材料与质量比为2:1(初始材料/活化剂)的ZnCl2溶液在70℃搅拌4小时，然后在马弗炉中加热至600℃保持1小时。一旦冷却，产物用HCl洗涤，然后在105℃干燥获得活性炭。为了增加活性炭表面的羟基(OH)，活性炭进行了羟基化处理。简而言之，在70℃下，将活性炭在搅拌下添加到含有过氧化氢、硝酸和蒸馏水的溶液中4小时。将产物过滤，用去离子水洗涤，然后在80℃干燥，获得活性炭-OH。3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷被化学接枝到活性炭和活性炭-OH上。为此，在75℃下将0.3gAPTES溶解在100mL的H2O/C2H5OH(1:3v/v)混合物中，直到温度稳定。然后，将1g活性炭和活性炭-OH载体添加到混合物中并搅拌5小时制成。氟化物吸附实验在环境温度(25℃)下以分批模式进行，不同的氟化物初始浓度从5到25mgL-1不等，并由100mgL-1储备溶液制备。每批将25mL氟化物溶液倒入烧杯中，并在将吸附剂加入溶液后保持在连续搅拌(250rpm)下。当达到平衡时，通过滤纸过滤溶液并使用氟离子选择性电极测量氟离子(F-)的浓度。

　　不同吸附剂的表面形态

　　材料的SEM图像在图1中给出�；钚蕴烤哂胁痪鹊墓饣砻�，粒径约为50μm(图1a)。在用硝酸和过氧化氢进行氧化处理后，氧物质(羧基和硝酸盐基团)被接枝，导致活性炭-OH的表面比活性炭更粗糙(图1e)。通过APTES处理接枝氨基硅烷是成功的：活性炭-APTES和活性炭-OH-APTES表面分别比活性炭和活性炭-OH更光滑(图1d和f)。裂缝和不均匀的空腔可用作氟化物的吸附位点。存在的粗糙表面和大量白色颗粒证实了Al颗粒的添加(图2c、g和h)。这些白色颗�？梢远杂τ诮岷系讲牧媳砻娴牟煌巫春统叽绲腁l纳米颗粒的不同簇。

　　图1：基于活性炭的不同吸附剂的SEM图像。

　　不同载铝活性炭的氟吸附效率

　　为了研究载铝活性炭的潜在环境应用，该材料被用作吸附剂以去除水溶液中的氟化物。研究了F-去除，结果表明，一些表面改性的活性炭对溶液中释放的氟化物表现出亲和性，而活性炭的吸附能力有限(图2)。因此，应用于活性炭的处理增强了吸附剂的吸附性能。更具体地说，与APTES改性样品相比，带有活性炭的铝颗粒具有最有效的吸附能力。APTES的胺基似乎无法吸引氟化物，这表明Al:NH2之间存在竞争性相互作用NH:OH-Al：吸附剂表面的活化位点减少，导致除氟量减少。有趣的是，活性炭-Al(OH)3的氟化物去除率高达(99%)。F-去除量的显着增加可能是由于活性炭-Al(OH)3的表面性质，其具有最正的表面(ZP=+29mV)，并且比其他改性活性炭包含更多可用的空位。

　　图2：活性炭的各种处理对(a)氟化物去除百分比和(b)吸附能力的影响。

　　活性炭应用于地下水除氟

　　关于上述性能，活性炭-Al(OH)3可以被认为是一种环保且有效的水处理吸附剂。重要的是，由于基于生物质的枣茎是我们吸附剂的原材料，并且通过绿色方法进行表面改性，所得材料可以出现在低成本的吸附剂中。因此，制备的吸附剂可用于实际应用的离子废水处理，正如其在地下水中的应用所支持的那样。为了验证活性炭-Al(OH)3吸附剂的效率并测试吸附是否受到其他阴离子(PO43-、SO42-、NO3-和Cl-)，直接使用活性炭-Al(OH)3处理一些受污染地下水。有趣的是，即使在存在其他阴离子的情况下，活性炭-Al(OH)3也能有效去除氟化物污染，这表明吸附过程对氟化物具有特异性。根据吸附剂浓度(从1到4gL-1)，氟化物的最终浓度分别从4mgL-1显着降低至0.98、0.25、0.1和0.05mgL-1。因此，活性炭-Al(OH)3可用作工业规模废水处理的可重复使用吸附剂。

　　基于从水中去除氟化物，通过APTES的化学接枝、Al纳米颗粒的掺入来实现活性炭的功能化。对氟离子去除进行比较和评估。活性炭及其改性对应物的物理化学性质证实了成功的羟基化、APTES的化学接枝以及Al和Al(OH)3颗粒在活性炭表面的掺入。氟化物去除结果表明，对氟化物污染物最有效的吸附剂是铝颗粒�；钚蕴�-Al(OH)3的去除率最高与其他吸附剂。

文章标签：椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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