來源：韓研活性炭網 作者：韓研活性炭網 2017-09-04
使用活性炭承載的零價鐵去除三氯乙烯，三氯乙烯是地下水普遍持續的污染物，對地下水環境安全和人類健康構成嚴重威脅。考慮復雜的地下環境，從地下水中去除TCE是一項具有挑戰性的任務。早已證明活性炭已被有效地用于降解鹵代有機化合物。最近，ZVI研究已經轉移到納米材料，因為ZVI容易鈍化，并且由于其大的尺寸，反應速度相對較慢[。相比之下，納米級零價鐵(的nZVI)具有高脫氯率和完全改變氯化溶劑而不氯化副產物。然而，仍然有很多因素限制了nZVI的應用，如穩定性差，流動性差和潛在的生態毒性。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具有高吸附能力的nZVI進行環保的支持。
在本研究中，了解了活性炭支持的nZVI(AC-nZVI)復合材料對反應性的影響因素，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培養箱中進行三氯乙烯去除實驗。將活性炭承載的納米零價鐵和活性炭(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瓶子。每個規定的時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去除實驗一式三份進行，以確定重現性。
活性炭摻雜的納米零價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入TCE污染物。通過摻雜活性炭，活性炭在200分鐘內去除了超過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(k obs，TCE)分別為：摻雜活性炭> 活性炭> nZVI。重復測量ANOVA顯示時間的顯著影響(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現，支持nZVI增強了TCE的去除。摻雜活性炭具有比活性炭更大的吸附能力，歸因于其孔結構豐富。
pH對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效率達到90%，但在pH 9.8時效能較差(圖3A)。最高的去除率出現在pH 5.7，其次是pH 6.8。速率常數(k obs，TCE)處于pH 5.7> pH 6.8> pH 4.4> pH 9.8的數量級。重復測量方差分析顯示時間的顯著影響(F 6,48 = 9010.8，P <0.01)，pH(F 3,8 = 10.0，P<0.01)和時間×pH(F 18,48 = 14.4 ，P <0.01)。
常見的無機陰離子對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進行了評價。去除率常數隨著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的反應性。速率常數在控制的順序降低> HCO 3- > SO 4 2- > NO 3 - 。所述速率常數為在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-也對活性炭nZVI反應性產生負面影響，抑制濃度隨濃度增加。SO 4 2-可能是由于SO 4 2-在nZVI表面上形成內部球形復合體。NO 3 -當NO 3 -濃度增加至20mM時，其速率常數降低至0.650h -1，顯示出最強的抑制作用，遠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，因此反應性位點的競爭可能有助于對活性炭nZVI 的NO 3 -對TCE去除的顯著抑制。
使用農業材料制成的活性炭，是一種經濟的材料，通過nZVI增強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。當濃度增加時，HA變得抑制，但是HA聚集體似乎促進了在最高測試濃度下的脫氯。硝酸鹽在低濃度下幾乎沒有影響，但競爭較高濃度的電子。活性炭nZVI的遷移率和壽命應在地下環境中進行調查，并對微生物活動的影響進行評估。因為nZVI顆粒可能破壞膜或改變膜電位，所以在地下注射之前應該清除微生物的毒性。目前的研究結果表明，活性炭nZVI可用于修復受三氯乙烯污染的地下水。
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