活性炭吸附硝酸鹽和銨離子，今天的內(nèi)容介紹了采用固相萃取法從濃度低于1 mg / L的水溶液中分離和富集被測離子的硝酸鹽，亞硝酸鹽和銨離子在活性炭吸附劑上的吸附過程的研究結(jié)果。為了確定分析離子的濃度，我們應(yīng)用了離子色譜法。測定活性炭的吸附容量以及所研究離子的富集效率。

　　氮化合物對環(huán)境和生物的正常功能是必需的，因為氮是生物基因的一個組成部分。然而，過量的氮離子以不同的形式存在會對生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生不利的影響，如果長期生活在這種環(huán)境中可能對身體危害很大。這種成分存在于連續(xù)循環(huán)中。在水中，它產(chǎn)生無機化合物，主要是硝酸鹽離子、亞硝酸鹽和銨。在這些形式中，它出現(xiàn)在飲用水以及地表或地下水中。含氮化合物含量過高對人體是危險的，因此，有必要制定具體的標(biāo)準(zhǔn)和條件，適合人類飲用的水。氮化合物的最大允許量可以達(dá)到以下值：NO2-離子和NH4+離子為0.50mg/L，NO3-離子為50mg/L。

　　這次研究的目的是應(yīng)用活性炭吸附劑從水溶液中分離和富集亞硝酸鹽，硝酸鹽和銨離子的可能性。我們使用的活性炭具有非常大的表面積高達(dá)2800米2/克或與磁性納米活性炭顆粒。以確定低于儀器分析方法測定水平的低濃度的濃度。在我們對硝酸根離子測定的研究中，首先我們使用固相萃取法(SPE)，然后在定量測定中采用離子色譜技術(shù)和電導(dǎo)檢測法。

　　活性炭上的吸附離子

　　活性炭材料早已經(jīng)被人們所了解和開發(fā)使用，并且從1929年開始第一次被用來凈化飲用水。活性炭吸附劑具有高吸附能力，其表面積達(dá)到1000-3000m 2 / g。離子的吸附不僅取決于活性炭的比表面積，還取決于表面基團(tuán)的存在。活性炭的氧化可導(dǎo)致吸附劑表面上氧官能團(tuán)的增加量，其結(jié)果是增加了活性炭表面的極性和親水性。所應(yīng)用的氧化劑以及在活性炭改性過程中適用的條件影響新出現(xiàn)的氧官能團(tuán)的含量和性質(zhì)。活性炭的表面由于其化學(xué)性質(zhì)而分為兩種官能團(tuán)：

　　1、酸性官能團(tuán)，其中有羰基，內(nèi)酯，酚，羧酸，無水，

　　2、堿性基團(tuán)如苯并二氫吡喃酮等。

　　有研究在300℃至500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行氣相化學(xué)氧化或在液相中氧化的活性炭可以交換陽離子。

　　在活性炭上電解質(zhì)的吸附過程中可以區(qū)分的機理是：離子的等價交換，吸附劑的雙電層的離子和電解質(zhì)溶液中的離子之間發(fā)生的電化學(xué)交換，吸附的分子機理在電解質(zhì)中存在強極化離子的情況下，活性炭表面上的物質(zhì)的全部分子是準(zhǔn)分子的吸附機制。

　　固相萃取過程是一個動態(tài)的吸附過程，可用曲線圖表示，在這種情況下，稱為交換的穿透曲線：C/C0=f(V)其中C是色譜柱洗脫液中離子的濃度，C0是SPE柱(初始濃度)上溶液中的離子濃度，V是SPE柱流出的洗脫液的體積。

　　在這些研究中，我們使用活性炭和用30%過氧化氫溶液氧化的碳。在測試之前，將活性炭破碎并篩分至0.04-0.063mm的分?jǐn)?shù)。然后將活性炭用濃鹽酸和甲醇溶液(200ml酸和200ml乙醇)在裝置中洗滌3次，然后用去離子水(3×400ml)洗滌。最后將活性炭在120℃下干燥5 h。初始活性炭的氧化在燒瓶中進(jìn)行(5g活性炭+ 50ml30%H 2 O 2)。該過程在沸點下進(jìn)行。活性炭在過濾器上用熱的和下一個冷去離子水洗至pH〜7，然后在120℃干燥1小時。活性炭(破碎和洗滌后的初始吸附劑)的表面積等于：1351m2/g，而用H2O2氧化后的活性炭吸附劑的表面積有1469m2/g。表面積通過(BET)方法使用氣體吸附分析儀在77K下的N2吸附數(shù)據(jù)獲得。

　　所研究的離子的濃度通過離子色譜法測定。定量分析是根據(jù)硝酸根和亞硝酸根離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行的，我們得到的測定系數(shù)(R 2)接近于1(等于0.99)。校準(zhǔn)曲線的方法也用于測定銨陽離子的濃度。該離子的校準(zhǔn)曲線也具有確定系數(shù)(R2)接近于1(等于0.98)。

　　硝酸鹽和亞硝酸根離子的吸附在裝有初始活性炭或氧化活性炭的SPE柱上進(jìn)行。吸附過程如下：將一部分100或500mg活性炭沉積在SPE柱中，接下來用3份2ml甲醇和2ml去離子水洗滌，然后通過SPE柱將從20ml到700ml的量的被測離子以1〜3ml/min的流速通過。通過SPE柱，所研究的離子的各個部分進(jìn)行了分析上的離子色譜儀和接收到的活性炭的依賴圖0從所施加的溶液的量(其中，c是NO濃度3-，NO 2 -，或NH4根+中的濾液的流動部分離子，C0是所分析的離子的濃度，圖1(a)和2(a))。這個過程在圖1(a)的曲線上用圖形表示出來，對于吸附在活性炭的NO2-離子。

　　圖1(a)活性炭上亞硝酸根離子在SPE(c/c0=f(V))過程中的穿透曲線(m car = 0.502g，離子濃度cNO2-=0.135mg/L)。指定每10ml濾液的比例c/c0。(b)分析通過SPE柱的每2ml洗脫液后來自活性炭的亞硝酸根離子解吸曲線(c=f(V))。

　　圖2.(a)氧化活性炭上銨離子(NH4+)的SPE(c/c0=f(V))過程中的穿透曲線。(mcar=0.104g ，離子濃度c=NH4+- = 0.661mg/L)。指定每5ml濾液的比例c/c0。(b)經(jīng)過SPE柱分析每2ml洗脫液后，來自經(jīng)氧化的活性炭的銨離子解吸曲線(c= f(V))。

　　研究的第二部分涉及在初始活性炭和氧化的活性炭上從水溶液中吸附銨離子的過程。在與硝酸鹽和亞硝酸鹽的陰離子相同的條件下進(jìn)行該過程，使硝酸銨溶液通過裝有測試吸附劑的SPE柱。

　　在吸附步驟之后，通過以下方式進(jìn)行解吸過程(對于離子NO3-，NO2-和NH4+)：通過SPE柱小部分(2ml)的洗脫液通過，使用相同的作為離子色譜的流動相。通過色譜分析洗脫液的每一部分，并繪制解吸曲線(洗脫曲線)，即從所用洗脫相體積(c = f(V))的指定離子濃度圖(圖圖1(b)和2(b))。

　　綜上所述，在得到的結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們可以得出結(jié)論，所研究的吸附劑，即初始活性炭可以用來從濃度低于1mg/L濃度的水溶液中分離和富集硝酸根離子固相萃取法(SPE)。在動態(tài)吸附過程中，即固相萃取實驗中，我們獲得了與理論曲線相似的突破曲線。氧化的活性炭提供了一個更高的總離子和工作容量和吸附相對于離子NO 3 -，但同時，降低了SPE中硝酸根離子回收的效率。在測試活性炭吸附銨離子的情況下，我們獲得了類似的總吸附容量值(初始和氧化活性炭吸附劑)。

　　從得到的結(jié)果分析可以得出結(jié)論：

　　1、SPE柱上硝酸根離子富集的效率不取決于活性炭表面上的極性基團(tuán)的量，因為氧化后的活性炭官能團(tuán)更豐富回收率比未被氧化的活性炭低。

　　2、而離子富集的效率并不是活性炭總離子交換容量的函數(shù)，因為氧化活性炭與離子交換的總離子濃度相對于被測離子NO3- 的富集硝酸鹽離子效率幾乎降低了兩倍(分別為97%和57%)。

　　活性炭的吸附速率取決于吸附位置的可用性，而不是溶液中的離子濃度，而與雙電子離子交換機理在活性炭周圍形成一層，不僅在其表面上存在極性官能團(tuán)。另一方面，雖然雙層活性炭中離子數(shù)量的增加可能是其表面上極性官能團(tuán)數(shù)目增加的結(jié)果。

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