活性炭去除土壤中的鉛

　　高濃度(du)的(de)鉛不僅會(hui)影(ying)響土(tu)(tu)壤(rang)的(de)肥(fei)力,還可能(neng)造成地表和地下水(shui)污(wu)染。鉛污(wu)染不僅能(neng)對動物產(chan)生嚴重影(ying)響，還能(neng)通過將土(tu)(tu)壤(rang)的(de)堿性(xing)pH值(zhi)變為酸(suan)(suan)性(xing)pH值(zhi)來對生態系統產(chan)生影(ying)響。土(tu)(tu)壤(rang)的(de)酸(suan)(suan)性(xing)pH值(zhi)會(hui)傷害小株植(zhi)物，限制(zhi)根部獲取水(shui)分(fen)和養分(fen)。同時，食用(yong)含鉛生物蓄積的(de)植(zhi)物，也(ye)會(hui)導致鉛中毒。本研究采(cai)用(yong)MgCl2用(yong)作(zuo)活(huo)化劑來制(zhi)成活(huo)性(xing)炭去除土(tu)(tu)壤(rang)樣品(pin)中的(de)鉛。

　　間歇吸附實驗

　　將等(deng)份(fen)量的活性(xing)炭(0.5g)添加到10g污染(ran)土壤(100ppm)中，并將混(hun)合物(wu)(wu)攪(jiao)(jiao)拌5分(fen)鐘并過(guo)(guo)(guo)夜。加入去離子(zi)水(shui)以(yi)保持其水(shui)分(fen)。之(zhi)后(hou)，在(zai)分(fen)析之(zhi)前，對混(hun)合物(wu)(wu)進(jin)行(xing)消解(jie)處(chu)理。在(zai)消解(jie)過(guo)(guo)(guo)程中采用(yong)王水(shui)技術，其中1.5g處(chu)理過(guo)(guo)(guo)的土壤與16ml王水(shui)(6ml65%硝酸(HN03)和(he)18ml37%鹽酸(HCl)混(hun)合用(yong)作試劑。然(ran)后(hou)，將混(hun)合物(wu)(wu)加熱至70℃，并使用(yong)磁力攪(jiao)(jiao)拌器搖晃1小(xiao)時。之(zhi)后(hou)，用(yong)36mL去離子(zi)水(shui)稀釋混(hun)合物(wu)(wu)，然(ran)后(hou)用(yong)0.45µm濾(lv)(lv)紙(zhi)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)混(hun)合物(wu)(wu)。過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)后(hou)的樣品用(yong)原子(zi)吸收光譜法進(jin)行(xing)分(fen)析。

　　活性炭的制備

　　活(huo)性(xing)炭原材料(liao)被收集、洗(xi)(xi)滌并在(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)干燥。將(jiang)300g原材料(liao)在(zai)(zai)MgCl2水溶液中(zhong)浸泡(pao)24小(xiao)時(shi)(shi)。然(ran)后(hou)，將(jiang)混合物在(zai)(zai)熱板上在(zai)(zai)通風櫥中(zhong)在(zai)(zai)75℃下(xia)加熱4小(xiao)時(shi)(shi)。接下(xia)來，活(huo)化(hua)過程(cheng)在(zai)(zai)馬弗爐中(zhong)在(zai)(zai)500℃下(xia)進行了一(yi)個小(xiao)時(shi)(shi)。之(zhi)后(hou)，將(jiang)活(huo)性(xing)炭用(yong)蒸餾水洗(xi)(xi)滌至pH值為(wei)中(zhong)性(xing)，然(ran)后(hou)在(zai)(zai)烘箱中(zhong)在(zai)(zai)60℃下(xia)干燥24小(xiao)時(shi)(shi)。制備的(de)活(huo)性(xing)炭保存在(zai)(zai)小(xiao)瓶中(zhong)以備進一(yi)步使用(yong)。從(cong)FESEM獲得的(de)活(huo)性(xing)炭表面形態如圖1所示

　　圖1：活(huo)性炭的(de)形態(a)放大5000x(b)放大10000x和(c)原材料(liao)。

　　鉛(Pb)污染土壤的制備

　　取(qu)天然(ran)土(tu)壤樣品(pin)并風干三(san)天。通過(guo)(guo)將(jiang)0.25g硝酸鉛(II)稀釋(shi)(shi)在250mL蒸餾水中(zhong)制備Pb(1000mg/L)儲備溶液(ye)(ye)。將(jiang)原液(ye)(ye)稀釋(shi)(shi)至100ppm(250mL)的稀釋(shi)(shi)鉛溶液(ye)(ye)，將(jiang)100g天然(ran)土(tu)壤樣品(pin)浸泡攪拌5分(fen)鐘(zhong)，靜置過(guo)(guo)夜。接下(xia)來，過(guo)(guo)濾土(tu)壤以(yi)(yi)去除多余的溶液(ye)(ye)。重復此過(guo)(guo)程以(yi)(yi)制備具有其他濃(nong)度Pb的污(wu)染土(tu)壤，分(fen)別(bie)為50ppm、150ppm和(he)200ppm，以(yi)(yi)進行批量吸附實驗。

　　能量色散X射線(EDX)光譜

　　活(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)表面化(hua)學成(cheng)分是(shi)通(tong)(tong)過(guo)使用(yong)(yong)能(neng)量色散X射線(EDX)光(guang)譜(pu)確定的(de)(de)(de)。得到的(de)(de)(de)光(guang)譜(pu)見(jian)圖2，C、N、0、Mg、Ca的(de)(de)(de)百分比分別為7.64%、14.53%、35.31%、0.70%、41.80%。FTIR結(jie)果(guo)支(zhi)持C、N和O的(de)(de)(de)存(cun)在，該結(jie)果(guo)表明存(cun)在羰基和胺基團。除此之外，高(gao)百分比的(de)(de)(de)Ca表明主要(yao)是(shi)鈣的(de)(de)(de)性質。此外，光(guang)譜(pu)中出(chu)現Mg表明Mg化(hua)合物與碳(tan)和氧強烈結(jie)合。因此，無論是(shi)用(yong)(yong)熱(re)蒸餾(liu)水還是(shi)冷蒸餾(liu)水，都不容易通(tong)(tong)過(guo)洗滌去除。

　　圖2：活性炭的EDX譜。

　　活性炭除土壤中的鉛的能力

　　原(yuan)子(zi)(zi)吸(xi)收光譜法用于測定土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉛(qian)(qian)濃度。從(cong)獲得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果來(lai)看，活性(xing)炭(tan)在(zai)(zai)所(suo)有測試(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉛(qian)(qian)污(wu)染土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)顯示出(chu)高達-98%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉛(qian)(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高吸(xi)附(fu)能(neng)力(li)。高吸(xi)附(fu)百分比(bi)(bi)是由于Mg2+離(li)子(zi)(zi)和CO2-離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)(zai)，這有助(zhu)(zhu)于通過(guo)靜電(dian)吸(xi)引增(zeng)(zeng)強(qiang)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)鉛(qian)(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固定。受污(wu)染土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉛(qian)(qian)濃度很高。在(zai)(zai)活性(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)，Mg2+與土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Pb2+發生(sheng)離(li)子(zi)(zi)交換(huan)(huan)。活性(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)酸鈣(CaCO3)也(ye)有助(zhu)(zhu)于增(zeng)(zeng)加鉛(qian)(qian)吸(xi)附(fu)。圖(tu)3(a)說明(ming)了(le)來(lai)自(zi)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Mg2+與土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)Pb2+的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)交換(huan)(huan)過(guo)程，(b)是鉛(qian)(qian)污(wu)染土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)離(li)子(zi)(zi)交換(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)說明(ming)。大孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)(zai)也(ye)增(zeng)(zeng)強(qiang)了(le)鉛(qian)(qian)離(li)子(zi)(zi)吸(xi)附(fu)到活性(xing)炭(tan)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)，因(yin)為大孔(kong)(kong)(kong)具有相(xiang)對較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)表(biao)面積，并且基本上控制了(le)鉛(qian)(qian)離(li)子(zi)(zi)吸(xi)附(fu)到內部多(duo)孔(kong)(kong)(kong)網(wang)絡(luo)中(zhong)(zhong)(zhong)。該研究表(biao)明(ming)活性(xing)炭(tan)可作為去(qu)除土(tu)(tu)(tu)壤(rang)中(zhong)(zhong)(zhong)鉛(qian)(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)適(shi)吸(xi)附(fu)劑。

　　圖3：(a)活(huo)性炭中(zhong)的(de)(de)Mg2+與土壤中(zhong)Pb2+的(de)(de)離子(zi)交(jiao)換(huan)過程和(b)鉛污(wu)染土壤中(zhong)的(de)(de)離子(zi)交(jiao)換(huan)。

　　土壤中(zhong)去除(chu)鉛的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，活性(xing)炭通過使用(yong)MgCl2作為(wei)化學活化劑(ji)(ji)并在500℃下碳化1小時而(er)制備。研(yan)究(jiu)結果表(biao)明，即使活性(xing)炭具(ju)有很(hen)小的(de)表(biao)面(mian)積，但由于(yu)存在Mg2+和CO2-離(li)子，因此具(ju)有去除(chu)污染土壤中(zhong)鉛的(de)高潛力。因此，這種活性(xing)炭吸附劑(ji)(ji)的(de)潛在應用(yong)為(wei)從土壤中(zhong)去除(chu)鉛提供了一種簡單(dan)好用(yong)的(de)方法。

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