活性炭載金屬增強(qiáng)除氟效率

　　氟是非常重要的微量元素，但是攝入過多的話會(huì)引起嚴(yán)重危害。氟污染源主要是飲用水，因此進(jìn)行除氟是很有必要的。有幾種方法，可以除去氟離子，如石灰石沉淀法，離子交換法，膜分離法，和吸附法。在這些方法中，吸附法是比較環(huán)保和效果好的方法。本次我們?yōu)榱颂岣呋钚蕴康奈�附能力，采用了多種金屬氧化物來去除陰離子污染物。因此，我們測(cè)試了鑭改性活性炭和鑭鋁改性活性炭用來去除氟化物。

　　活性炭載金屬改性的方法

　　鑭鋁改性活性炭的制備包括兩個(gè)步驟：酸改性過程(I)和鑭-鋁加載過程(II)。方法I涉及特定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸(HNO3)。將HNO3和活性炭混合在燒瓶中，將燒瓶置于75°C的恒溫水浴中保持2小時(shí)。然后，將活性炭洗滌至中性并在100℃下干燥3小時(shí)，從而獲得酸改性的活性炭。用鑭(NO3)3·2H2O和鋁(NO3)3加載鑭和鋁的酸改性活性炭。將10g酸改性活性炭在100mL鑭(NO3)3·2H2O和鋁(NO3)3的混合溶液中攪拌24小時(shí)。然后，將固體產(chǎn)物在氮?dú)庀掠?00°C的管式爐中碳化兩小時(shí)，冷卻至室溫后，完成鑭鋁改性活性炭，制備和吸附過程示意圖如圖1所示。鑭鋁改性活性炭將用作氟化物的吸附劑。

　　圖1：鑭鋁改性活性炭制備和吸附過程的圖解。

　　活性炭的SEM-EDS分析

　　通過掃描電子顯微鏡(SEM)來顯示樣品的微觀形態(tài)和相應(yīng)的能量色散光譜(EDS)圖像，以證明鑭或鋁在兩種金屬上的成功加載的活性炭，在合適條件下制備。鑭改性活性炭和鑭鋁改性活性炭的SEM圖像如圖2所示。在圖2a中，有許多橢圓形孔標(biāo)記為1。鑭改性活性炭的表面較粗糙，而較細(xì)的多孔結(jié)構(gòu)則標(biāo)記為2。但是，鑭鋁改性活性炭的孔結(jié)構(gòu)在圖3b中進(jìn)行了更改。標(biāo)記為1的孔結(jié)構(gòu)變得更規(guī)則圓，標(biāo)記為2的細(xì)孔尺寸變大，并且孔分布更均勻，這適合更好的吸附能力。從圖2a1，a2和b1，b2中的樣品中檢測(cè)到元素鑭和鋁的存在。鑭的重量百分比為0.86%，經(jīng)過鑭(NO3)3·2H2O和率(NO3)3的改性后，明顯增加至2.55%。更多鑭的含量將顯示出更好的吸附性能，這可能是由于兩種元素在改性過程中的協(xié)同作用所致。

　　圖2：鑭鋁改性活性炭的SEM和EDS分析。

　　活性炭使用響應(yīng)面方法增強(qiáng)除氟效率過程

　　采用響應(yīng)面方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。消除非重要項(xiàng)目后，建立二次回歸曲面模型。去除率模型可以通過以下得到的二次回歸方程來計(jì)算，為了獲得合適的吸附條件，通過二次多項(xiàng)式回歸方程的三維響應(yīng)面方法探索了三個(gè)因素之間的相互作用，如圖3所示。在圖的響應(yīng)面上可以看到凸面，這意味著模型在測(cè)試范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的較大大值。當(dāng)吸附時(shí)間為1.2小時(shí)，pH值為6時(shí)，去除率為74.05%。當(dāng)pH值為6且溶液體積為25mL時(shí)，吸附率為74.00%。當(dāng)吸附時(shí)間為1.2銷售，溶液體積為25mL時(shí)，吸附率為73.72%。根據(jù)預(yù)測(cè)，吸附值可達(dá)到74.05%。因此，確定合適的吸附工藝條件為：吸附時(shí)間為1.2小時(shí)，pH值為6，溶液體積為25mL。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了三個(gè)平行吸附實(shí)驗(yàn)，采用合適參數(shù)，吸附率分別為74.03%，73.94%和74.37%，平均氟吸附率為74.11%。

　　圖3：(A)吸附時(shí)間和pH在反應(yīng)表面上的相互作用。(B)pH和溶液在響應(yīng)表面上的相互作用。(C)吸附時(shí)間和溶液在反應(yīng)表面上的相互作用。

　　活性炭載金屬增強(qiáng)除氟效率，改性增加了活性炭和鑭和鋁上含氧官能團(tuán)的數(shù)量，這已通過EDS和FTIR分析得到了證實(shí)。根據(jù)選擇的變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括初始濃度30mg/L，吸附時(shí)間1.2小時(shí)，pH值為6，溶液體積為25mL(采用響應(yīng)面方法的增強(qiáng))，從而獲得氟去除率為74.11%。根據(jù)分析，pH值是吸附過程中極為重要的因素。同時(shí)，這些關(guān)鍵因素的順序是pH>吸附時(shí)間>溶液體積。改性后的活性炭在氟化物模擬溶液中的較高去除效率證實(shí)了該吸附劑用于從工業(yè)廢水中去除其他離子的巨大潛力和適用性。

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