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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：423發(fā)布時(shí)間：2021-11-29
使用活性炭承載的零價(jià)鐵去除三氯乙烯，三氯乙烯是地下水普遍持續(xù)的污染物，對(duì)地下水環(huán)境安全和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅?？紤]復(fù)雜的地下環(huán)境，從地下水中去除TCE是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。早已證明活性炭已被有效地用于降解鹵代有機(jī)化合物。最近，ZVI研究已經(jīng)轉(zhuǎn)移到納米材料，因?yàn)閆VI容易鈍化，并且由于其大的尺寸，反應(yīng)速度相對(duì)較慢[。相比之下，納米級(jí)零價(jià)鐵(的nZVI)具有高脫氯率和*改變氯化溶劑而不氯化副產(chǎn)物。然而，仍然有很多因素限制了nZVI的應(yīng)用，如穩(wěn)定性差，流動(dòng)性差和潛在的生態(tài)毒性。活性炭材料不僅可有效降低nZVI聚集，而且可以快速增加nZVI周圍微環(huán)境中污染物的濃度。雖然活性炭固定nZVI(摻雜活性炭)并提高TCE去除效率，但其制備消耗大量能量。非常希望以低成本對(duì)具有高吸附能力的nZVI進(jìn)行環(huán)保的支持。
在本研究中，了解了活性炭支持的nZVI(AC-nZVI)復(fù)合材料對(duì)反應(yīng)性的影響因素，包括溶液pH，常見陰離子和腐殖酸的存在。在室溫(20±1℃)的黑暗中，在150rpm培養(yǎng)箱中進(jìn)行三氯乙烯去除實(shí)驗(yàn)。將活性炭承載的納米零價(jià)鐵和活性炭(0.1g?L-)加入到含有100mL水溶液(包括30mL TCE(pH7.0))的100mL血清瓶中。立即用聚四氟乙烯塞子和鋁蓋密封每個(gè)瓶子。每個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔使用玻璃注射器收集樣品，并立即通過0.22mm膜過濾器。通過氣相色譜分析過濾的樣品以確定TCE濃度。TCE去除實(shí)驗(yàn)一式三份進(jìn)行，以確定重現(xiàn)性。
活性炭摻雜的納米零價(jià)鐵的比表面積小于生物炭和活性炭的表面積(表1)。這歸因于加載的nZVI，其表面積比活性炭低得多。摻雜活性炭的孔體積也小于的孔體積。摻雜活性炭的平均孔徑足以進(jìn)入TCE污染物。通過摻雜活性炭，活性炭在200分鐘內(nèi)去除了超過90%的TCE，而僅有約55%的TCE被裸露的nZVI降解(圖2)。TCE去除的偽一階速率常數(shù)(k obs，TCE)分別為：摻雜活性炭> 活性炭> nZVI。重復(fù)測(cè)量ANOVA顯示時(shí)間的顯著影響(F 8,96 = 10523.9，P <0.01)和組(F 5,12 = 756.1，P <0.01)和顯著的時(shí)間×組相互作用(F 40,96 = 577.8，P<0.01)。由于摻雜活性炭的吸附能力比活性炭似乎是通常的發(fā)現(xiàn)，支持nZVI增強(qiáng)了TCE的去除。摻雜活性炭具有比活性炭更大的吸附能力，歸因于其孔結(jié)構(gòu)豐富。
pH對(duì)活性炭去除三氯乙烯的影響
在pH 4.4,5.7和6.8下，活性炭去除TCE效率達(dá)到90%，但在pH 9.8時(shí)效能較差(圖3A)。的去除率出現(xiàn)在pH 5.7，其次是pH 6.8。速率常數(shù)(k obs，TCE)處于pH 5.7> pH 6.8> pH 4.4> pH 9.8的數(shù)量級(jí)。重復(fù)測(cè)量方差分析顯示時(shí)間的顯著影響(F 6,48 = 9010.8，P <0.01)，pH(F 3,8 = 10.0，P<0.01)和時(shí)間×pH(F 18,48 = 14.4 ，P <0.01)。
常見的無機(jī)陰離子對(duì)活性炭去除三氯乙烯的影響
陰離子的作用(CL -，SO 4 2-，NO 3 -和HCO 3 - )上TCE去除由活性炭的nZVI進(jìn)行了評(píng)價(jià)。去除率常數(shù)隨著Cl -濃度的增加而略有增加。氯化物可能通過去除nZVI的氧化物涂層來增加脫氯。
所有HCO存在的3 -，SO 4 2-和NO 3 -降低活性炭的nZVI的反應(yīng)性。速率常數(shù)在控制的順序降低> HCO 3- > SO 4 2- > NO 3 - 。所述速率常數(shù)為在0.5mM的HCO存在較小的3 -比不帶任何陰離子，其歸因于碳酸鹽的生成析出物的nZVI 。SO 4 2-也對(duì)活性炭nZVI反應(yīng)性產(chǎn)生負(fù)面影響，抑制濃度隨濃度增加。SO 4 2-可能是由于SO 4 2-在nZVI表面上形成內(nèi)部球形復(fù)合體。NO 3 -當(dāng)NO 3 -濃度增加至20mM時(shí)，其速率常數(shù)降低至0.650h -1，顯示出的抑制作用，遠(yuǎn)低于沒有任何陰離子的NO 3 -濃度。以前的研究表明，NO 3 -通過從鐵表面獲得電子減少，因此反應(yīng)性位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)可能有助于對(duì)活性炭nZVI 的NO 3 -對(duì)TCE去除的顯著抑制。
使用農(nóng)業(yè)材料制成的活性炭，是一種經(jīng)濟(jì)的材料，通過nZVI增強(qiáng)活性炭去除三氯乙烯和脫氯。TCE可能被活性炭nZVI通過活性炭的吸附和隨后的nZVI脫氯的組合去除。制備活性炭nZVI復(fù)合物，其在氯化物，硫酸鹽和碳酸氫根陰離子存在下，并且在低HA濃度下有效地除去pH 5.7-6.8的TCE。當(dāng)濃度增加時(shí)，HA變得抑制，但是HA聚集體似乎促進(jìn)了在測(cè)試濃度下的脫氯。硝酸鹽在低濃度下幾乎沒有影響，但競(jìng)爭(zhēng)較高濃度的電子?；钚蕴縩ZVI的遷移率和壽命應(yīng)在地下環(huán)境中進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)微生物活動(dòng)的影響進(jìn)行評(píng)估。因?yàn)閚ZVI顆?？赡芷茐哪せ蚋淖兡る娢?，所以在地下注射之前應(yīng)該清除微生物的毒性。目前的研究結(jié)果表明，活性炭nZVI可用于修復(fù)受三氯乙烯污染的地下水。
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