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)人體健康具有毒性。來(lái)自農(nóng)業(yè)施肥等非點(diǎn)源硝酸鹽污染地下水和地表水已經(jīng)成為一個(gè)日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，成為工業(yè)和發(fā)展中國(guó)家共同關(guān)心的問(wèn)題。硝酸鹽污染由于含有硝酸鹽的肥料的廣泛使用以及由于人類和動(dòng)物的廢物處理不善或未經(jīng)處理而日益發(fā)生。硝酸鹽是許多工業(yè)過(guò)程的副產(chǎn)品，包括造紙以及硝基有機(jī)化合物和藥物化合物的生產(chǎn)。地下水中硝酸鹽濃度的增加會(huì)造成嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)有亞硝胺致癌性的前兆。由于這些原因，歐盟限制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的一種形式; 在核武器和核燃料生產(chǎn)過(guò)程中，硝酸被用于處理鈾，钚等極其有毒的放射性元素。但是，如果硝酸鹽濃度較高，則可能會(huì)影響穩(wěn)定的水泥基體的形成，使得這種方法難以長(zhǎng)期處理各種金屬加工廢料。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。

　　從廢水中去除硝酸鹽和亞硝酸鹽陰離子的傳統(tǒng)方法包括反滲透，離子交換，組合膜生物反應(yīng)器/粉狀活性炭吸附，生物膜電極反應(yīng)器(BER)和BER /吸附過(guò)程。這些方法大多遭受某些缺點(diǎn)，如高資本或高操作成本或處置所得污泥。

圖1：未氧化和氧化的活性炭的DFT孔徑分布。

　　最近，許多低成本的替代吸附劑已經(jīng)被檢查從廢水除去硝酸鹽和亞硝酸鹽的陰離子的。

　　目前的工作是針對(duì)提高活性炭去除廢水中硝酸鹽和亞硝酸鹽離子的能力。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，進(jìn)行了以下研究：(a)活性炭的制備和表征、(b)建立硝酸鹽和亞硝酸根離子在活性炭樣品上最大吸附發(fā)生的條件、(c)評(píng)估硝酸鹽和亞硝酸鹽離子在活性炭上的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)。

　　活性炭吸附研究：樣品選擇：將固定量的非氧化和氧化的干燥活性炭(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)。將每種混合物過(guò)濾，并測(cè)定溶液中的殘留物，硝酸鹽和亞硝酸鹽含量以獲知平衡時(shí)間的影響。通過(guò)稀釋NaOH或HCl溶液將溶液的pH從2調(diào)整到11。在確定的平衡時(shí)間進(jìn)行的批量實(shí)驗(yàn)中，我們使用20mL的pH調(diào)節(jié)溶液和30mg吸附劑。pH值提供了最大的陰離子去除率。實(shí)驗(yàn)通過(guò)取50毫克的L的初始濃度的硝酸鹽水溶液20ml的進(jìn)行-1 NO 3 ˉ和碳劑量為200毫克在不同量的Ca(HCO的存在3)2的范圍內(nèi)0-400毫克L-1。振蕩時(shí)間的作用在25℃，45℃和55℃24小時(shí)進(jìn)行。使用離子色譜柱：6.1006.000陰離子柱，超濾液：2.5 mmolL-1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)研究了各種參數(shù)的活性炭對(duì)陰離子吸附效率的影響(NO2-和NO3-在氧化活性炭樣品)上的吸附效果，在這個(gè)方面，50毫克的活性炭與20毫升硝酸鹽初始濃度為50 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，即在各種水產(chǎn)養(yǎng)殖和工業(yè)廢水中硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度水平]通過(guò)濾紙過(guò)濾懸浮液并分析殘余陰離子濃度。

　　活性炭表征

　　從元素分析報(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氣殘留量之間的差�；钚蕴慨悩悠�，其氧含量顯著增加(從0.92至5.7%)(表1)。

　　在圖1中研究了活性炭的DFT孔徑分布。表2中給出了表面積和孔體積的結(jié)果。活性炭的微孔性質(zhì)在圖1中示出。

　　氧化提高了活性炭的孔體積和表面積，而孔徑分布沒(méi)有顯著變化。與未氧化的碳樣品相比，氧化碳的表面積和孔體積分別增加了約43和35%。氧化和未氧化的活性炭樣品具有大量的最大1nm 的微孔和2-4nm的中孔。數(shù)據(jù)還顯示，氧化處理后的毛孔變寬。微區(qū)存在一些增強(qiáng)，并且介孔范圍(2-4nm)稍微降低。這可能是由于從容納一個(gè)吸附層的孔隙寬度到兩個(gè)，以及兩個(gè)層分別轉(zhuǎn)換到三個(gè)。

　　兩種吸附劑的分形維數(shù)(D)由Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型計(jì)算。在650℃下活化的未氧化的活性炭樣品具有D = 2.1的分?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進(jìn)行表面改性時(shí)，分形維數(shù)減少(D = 2.2)。

　　這表明，隨著小晶粒和交聯(lián)結(jié)構(gòu)部分分解，改性碳的結(jié)構(gòu)變得更有序。對(duì)于這種類型的試劑，混亂的碳的反應(yīng)性比微晶碳的反應(yīng)性大; 因此，交聯(lián)碳主要被消耗掉。交聯(lián)的分解導(dǎo)致堵塞孔的釋放，這導(dǎo)致增加的表面積和孔體積的減少。

　　硬度對(duì)活性炭去除硝酸鹽的影響

　　選擇的共存離子是通常在地下水中發(fā)現(xiàn)的碳酸氫鈣，并造成暫時(shí)的硬度。在圖2中證明了這一點(diǎn)。在Ca(HCO 3)2存在下，硝酸鹽的去除率明顯降低。這些物質(zhì)的抑制作用可歸因于NO 3 -和HCO 3 -離子的相同結(jié)構(gòu)。它們都是平面的，并且N-O和C-O鍵之間的角度是相同的并且等于120℃。可以合理地由此認(rèn)為，HCO 3個(gè) ˉ陰離子競(jìng)爭(zhēng)性吸附到相同的活性位點(diǎn)的RS的表面上。

圖2：使用1：活性炭的硬度對(duì)去除硝酸鹽的影響。

　　這些結(jié)果表明，由KMnO 4改性活性炭比這些吸附劑中的任何一種都好得多或者甚至更好。這可能與包括離子交換和絡(luò)合在內(nèi)的吸附機(jī)理有關(guān)。

　　事實(shí)上，減少由各種化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的大量廢物和有毒廢水的方法之一就是開(kāi)發(fā)低成本的吸附劑，這是綠色化學(xué)的主要目標(biāo)之一。從這個(gè)意義上講，由高錳酸鉀改性的活性炭對(duì)水溶液中的硝酸鹽和亞硝酸鹽具有良好的吸附能力。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的劑量。在二元體系(NO 3和HCO 3)中，硬度對(duì)硝酸鹽去除的抑制作用是指NO 3和HCO 3的相同結(jié)構(gòu)離子和體系中(NO 3和NO 2)，由于競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，硝酸鹽吸附被抑制，而亞硝酸鹽吸附由于協(xié)同吸附而被促進(jìn)。NOM存在或不存在時(shí)，吸附能力相近，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。

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