活性炭去除污水中的亞硝酸鹽

　　活性炭去除廢水中的硝酸根和亞硝酸根陰離子，氮(N)是所有生物的基本要素。氮以不同的氧化態(tài)存在，如NO 3 -( 5)，NO 2 -( 3)和NH 4  ( - 3)。其中，NO 3 -，NO 2 -和NH 4  ( - 3)更受關(guān)注，因?yàn)樗鼈円兹苡谒?，?duì)人體健康有毒。農(nóng)業(yè)施肥等非點(diǎn)源硝酸鹽污染地下水和地表水已成為工業(yè)和發(fā)展中國(guó)家日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。硝酸鹽污染是由于硝酸鹽肥料的廣泛使用和人類和動(dòng)物廢物處理不善或未經(jīng)處理而發(fā)生的。硝酸鹽是許多工業(yè)過(guò)程的副產(chǎn)品，包括生產(chǎn)造紙、硝基有機(jī)化合物和藥物化合物。亞硝胺致癌的前兆是地下水硝酸鹽濃度的增加。由于這些原因，歐盟限制了飲用水中硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度。

　　亞硝酸鹽和硝酸鹽也是存在于更多放射性廢物中的非放射性廢物； 硝酸在核武器和核燃料的生產(chǎn)過(guò)程中被用來(lái)處理極其有毒的放射性元素，如鈾和鍶。然而，如果硝酸鹽濃度較高，可能會(huì)影響穩(wěn)定水泥基體的形成，使各種金屬加工廢料難以長(zhǎng)期處理。因此，從健康和環(huán)境的角度來(lái)看，去除硝酸鹽和亞硝酸鹽是非常重要的。

　　傳統(tǒng)的去除硝酸鹽和亞硝酸鹽陰離子的方法包括反滲透、離子交換、組合膜生物反應(yīng)器/粉末活性炭吸附、生物膜電極反應(yīng)器(BER)和BER /吸附過(guò)程。這些方法大多有一些缺點(diǎn)，如高資本、高運(yùn)營(yíng)成本或污泥處置。

　　未氧化氧化活性炭DFT孔徑分布。

　　*近，從廢水中去除硝酸鹽和亞硝酸鹽的陰離子，檢查了許多低成本的替代吸附劑。

　　目前的工作是提高活性炭去除廢水中硝酸鹽和亞硝酸鹽離子的能力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，進(jìn)行了以下研究：(a)制備和表征活性炭，(b)在活性炭樣品中建立硝酸鹽和亞硝酸根離子*大吸附條件，(c)在活性炭上評(píng)估硝酸鹽和亞硝酸鹽離子的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)。

　　活性炭吸附研究：樣品選擇：干燥活性炭的固定非氧化和氧化（0.1g)和初始濃度Co = 25mgL -1的原液的25mL等分試樣振蕩24小時(shí)。過(guò)濾各種混合物，確定溶液中的殘留物、硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，以了解平衡時(shí)間的影響。通過(guò)稀釋NaOH或HCl溶液pH從2調(diào)整到11。在確定平衡時(shí)間的批量實(shí)驗(yàn)中，我們使用20mL的pH調(diào)節(jié)溶液和30mg吸附劑。pH該值提供了*大的陰離子去除率。取50毫克L的硝酸鹽水溶液20ml的進(jìn)行-1 NO 3 ˉ不同量的和碳劑量為200毫克Ca(HCO存在3)20-400毫克L-1。25振蕩時(shí)間的作用℃，45℃和55℃24小時(shí)進(jìn)行。使用離子色譜柱：6.1006.超濾液：2000陰離子柱.5 mmolL-一對(duì)苯二甲酸，7%乙腈，pH = 4.電導(dǎo)檢測(cè)器測(cè)定陰離子濃度。

　　動(dòng)力學(xué)研究

　　動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究了活性炭對(duì)陰離子吸附效率的影響(NO2-和NO3-氧化活性炭樣品的吸附效果，50毫克活性炭和20毫升硝酸鹽的初始濃度為50毫升 mg·L - 1.亞硝酸鹽濃度為5 mg·L -1的時(shí)間為不同的時(shí)間段，即硝酸鹽和亞硝酸鹽在各種水產(chǎn)養(yǎng)殖和工業(yè)廢水中的濃度水平]通過(guò)濾紙過(guò)濾懸浮液，分析殘余陰離子濃度。

　　活性炭表征

　　根據(jù)所有元素的百分比含量與氧殘留量之間的差異，的方法是從元素分析中報(bào)告氧含量值。

　　活性炭表征

　　從元素分析中報(bào)告氧含量值的常用方法是基于所有元素的百分比含量與氧殘留量之間的差異。活性炭的氧含量顯著增加（從0開(kāi)始.92至5.7%)。                                                                                                       　　圖中研究了活性炭DFT孔徑分布。給出了表面積和孔體積的結(jié)果。顯示了活性炭的微孔性質(zhì)。 　　活性炭的孔體積和表面積增加，孔徑分布沒(méi)有明顯變化。與未氧化碳樣品相比，氧化碳的表面積和孔體積分別增加了約43%和35%。氧化和未氧化活性炭樣品*大1nm 的微孔和2-4nm的中孔。數(shù)據(jù)還顯示，氧化后毛孔變寬。微區(qū)增強(qiáng)，介孔范圍(2-4nm)稍微降低。這可能是因?yàn)閺娜菁{一個(gè)吸附層的孔寬到兩個(gè)，兩個(gè)層分別轉(zhuǎn)換為三個(gè)。                                                                                                                                                                         吸附材料的表面積和孔體積。1:未氧化活性炭樣品.二、氧化活性炭樣品.1:未氧化活性炭樣品.二、氧化活性炭樣品.?DFT：分布孔徑；BET：微孔材料的表面積表征

　　兩種吸附劑的分形維數(shù)(D)由Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計(jì)算。在650℃活性炭樣品具有活性炭D = 2.1.分?jǐn)?shù)維數(shù)。這表明表面非常粗糙或不規(guī)則。在用Na 2 CO 3表面改性時(shí)，分形維數(shù)減少(D = 2.2)。 　　這表明改性碳的結(jié)構(gòu)隨著小晶粒和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的分解變得更加有序。對(duì)于這類試劑，混合碳的反應(yīng)性大于微晶碳； 因此，交聯(lián)碳主要被消耗掉。交聯(lián)分解導(dǎo)致堵塞孔的釋放，從而減少增加的表面積和孔體積。 　　硬度對(duì)活性炭去除硝酸鹽的影響 　　共存離子是碳酸氫鈣，通常在地下水中發(fā)現(xiàn)，并產(chǎn)生暫時(shí)的硬度。圖2證明了這一點(diǎn)。在Ca(HCO 3)2在存在下，硝酸鹽的去除率明顯降低。這些物質(zhì)的抑制作用可以歸因于NO 3 -和HCO 3 -相同的離子結(jié)構(gòu)。它們都是平的，而且都是平的N-O和C-O鍵之間的角度相同，等于120℃?？梢院侠淼卣J(rèn)為，HCO 3個(gè) ˉ陰離子的競(jìng)爭(zhēng)性吸附到相同的活性位點(diǎn)RS的表面上。  圖2：使用1：活性炭硬度對(duì)去除硝酸鹽的影響。 　　這些結(jié)果表明，由KMnO 改性活性炭比這些吸附劑中的任何一種都好得多或更好。這可能與吸附機(jī)制有關(guān)，包括離子交換和絡(luò)合。

　　事實(shí)上，開(kāi)發(fā)低成本吸附劑是減少各種化學(xué)工藝產(chǎn)生的大量廢物和有毒廢水的主要目標(biāo)之一。從這個(gè)意義上說(shuō)，高錳酸鉀改性活性炭對(duì)水溶液中的硝酸鹽和亞硝酸鹽有很好的吸附能力。在這個(gè)問(wèn)題上，研究了影響單組分體系中硝酸鹽和亞硝酸鹽離子去除的因素：溫度，pH值、吸附劑濃度和活性炭劑量。在二元體系(NO 3和HCO 3)硬度對(duì)硝酸鹽去除的抑制作用是指NO 3和HCO 在同一結(jié)構(gòu)離子和系統(tǒng)中(NO 3和NO 2)由于競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，硝酸鹽吸附受到抑制，亞硝酸鹽吸附受到協(xié)同吸附的促進(jìn)。NOM當(dāng)存在或不存在時(shí)，吸附能力相似，表明硝酸鹽對(duì)碳表面的親和力強(qiáng)于硝酸鹽和NOM的吸附。