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硝酸盐和磷酸盐污染已成为全球关注的问题。水体中的硝酸盐和磷酸盐不仅是富营养化的重要因素,在水体中的过量存在也严重危害到人体健康。因此,含硝酸盐和磷酸盐废水排入水体之前对其进行处理,对于控制水体中硝酸盐和磷酸盐浓度过高而言是非常重要的。活性炭作为一种传统吸附剂在水处理中应用广泛,但活性炭本身对硝酸盐和磷酸盐几乎没有去除能力。本研究采用不同方法对活性炭进行改性,制备了氯化十六烷基吡啶改性活性炭(CPC-AC)、十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭(CTAC-AC)、镧-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭(La-CTAC-AC)和锆-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭(Zr-CTAC-AC)这四种材料,考察了CPCAC和CTAC-AC这两种改性活性炭对水中硝酸盐的吸附作用,考察了La-CTACAC和Zr-CTAC-AC这两种改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附作用,并探讨了相关的吸附去除机制。研究了氯化十六烷基吡啶(CPC)改性活性炭(CPC-AC)对水中硝酸盐的吸附,结果表明,CPC-AC对水中硝酸盐的吸附能力明显高于未改性的活性炭。CPCAC对水中硝酸盐的吸附能力随着CPC负载量的增加而增加。CPC-AC对水中硝酸盐的吸附动力学满足准二级动力学模型,吸附平衡数据可以较好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述。根据Langmuir等温吸附方程,CPC负载量为444 mmol·kg-1(以活性炭计)的改性活性炭对水中硝酸盐的最大单位吸附量为16.1mg·g-1。CPC-AC对水中硝酸盐的吸附能力随着p H的增加而降低。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-离子会抑制CPC-AC对水中硝酸盐的吸附。升高反应温度略微降低了CPC-AC对水中硝酸盐的吸附能力。采用1mol·L-1的Na Cl溶液可以使95%左右吸附到CPC-AC上的硝酸盐解吸下来。CPC-AC吸附水中硝酸盐的主要机制是阴离子交换和静电吸引作用。研究了十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)改性活性炭(CTAC-AC)对水中硝酸盐的吸附作用,结果表明,CTAC-AC对水中硝酸盐具备较好的吸附能力。CTACAC对水中硝酸盐的吸附动力学过程满足准二级动力学模型,吸附等温线模型较好地符合Langmuir等温模型。根据等温吸附模型得到CTAC负载量为395 mmol·kg-1(以活性炭计)的改性活性炭对水中硝酸盐的最大单位吸附量为11.8 mg·g-1。CTAC-AC对水中硝酸盐的吸附能力随p H的增大而减小。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-等阴离子会抑制CTAC-AC对硝酸盐的吸附。用1mol·L-1的Na Cl对吸附后的CTAC-AC进行解吸,可以使90%吸附剂上的硝酸盐解吸下来。CTAC-AC对硝酸盐的吸附机制主要是阴离子交换和静电吸引作用。研究了镧(La)和十六烷基三甲基氯化铵联合改性活性炭(La-CTAC-AC)对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附去除作用,结果表明La-CTAC-AC对硝酸盐和磷酸盐具备一定的吸附去除能力。La-CTAC-AC对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和DubininRadushkevich(D-R)等温吸附模型加以描述。根据Langmuir等温吸附模型计算得到La-CTAC-AC对硝酸盐和磷酸盐的最大吸附量分别为11.2 mg·g-1和4.15 mg·g-1。La-CTAC-AC对水中硝酸盐的吸附能力随p H值的增加而下降。当p H由4增加到8时,La-CTAC-AC对水中磷酸盐的吸附能力增加;当p H超过8时,对磷酸盐的吸附能力则下降。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-等阴离子会抑制La-CTAC-AC对硝酸盐和磷酸盐的吸附。水中共存的磷酸盐会抑制La-CTAC-AC对硝酸盐的吸附,共存的硝酸盐亦会抑制La-CTAC-AC对磷酸盐的吸附。采用1 mol·L-1的Na Cl溶液可以使97%吸附剂上的硝酸盐解吸下来,采用1 mol·L-1 Na OH溶液可以使71%吸附剂上的磷酸盐解吸下来。La-CTAC-AC对水中硝酸盐的吸附机制主要是阴离子交换和静电吸引作用,对磷酸盐的吸附机制主要是阴离子交换、静电吸引、配位体交换作用和路易斯酸碱反应。研究了锆(Zr)和十六烷基三甲基氯化铵联合改性活性炭(Zr-CTAC-AC)对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附去除作用,结果表明Zr-CTAC-AC对水中硝酸盐和磷酸盐均具备较好的吸附去除能力。Zr-CTAC-AC对硝酸盐和磷酸盐吸附动力学过程满足准二级动力学模型。Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型均可以较好地描述Zr-CTAC-AC对水中硝酸盐的等温吸附过程,Langmuir和D-R等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC-AC对水中磷酸盐等温吸附过程,通过Langmuir模型计算得到Zr-CTAC-AC对硝酸盐和磷酸盐的最大单位吸附量分别为7.58 mg·g-1和10.9mg·g-1。高的p H会抑制Zr-CTAC-AC对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-等阴离子均会抑制Zr-CTACAC对硝酸盐和磷酸盐的吸附,且对吸附硝酸盐的抑制作用较强而对吸附磷酸盐的抑制作用较弱。水中共存的磷酸盐对Zr-CTAC-AC吸附硝酸盐的抑制作用较强,而水中共存的硝酸盐对Zr-CTAC-AC吸附磷酸盐的抑制作用较弱。1 mol·L-1 Na Cl溶液可以使90%左右被吸附到Zr-CTAC-AC表面上的硝酸盐解吸下来。1 mol·L-1的Na OH溶液可以使78%左右被吸附到Zr-CTAC-AC表面上的磷酸盐解吸下来。Zr-CTAC-AC对硝酸盐的吸附机制主要包括阴离子交换作用和静电吸引作用,对磷酸盐的吸附机制主要包括配位体交换作用、阴离子交换作用和静电吸引作用。上述结果说明,通过对活性炭进行改性得到的CPC-AC、CTAC-AC对水中硝酸盐有很好的去除能力,复合改性材料La-CTAC-AC、Zr-CTAC-AC对水中硝酸盐和磷酸盐均有很好的去除能力。这四种材料均具有很高的再生利用率,可以使活性炭材料循环利用,经济有效。利用改性的活性炭材料预计可以有效去除废水中的硝酸盐和磷酸盐。