在近期，地下水受到各種有機(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染。特別是硝酸根離子污染地下水已成為飲用水的新問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題歸因于用于施肥和處理牲畜排泄物的大量氮化合物。如果飲用含有過(guò)量硝酸根離子的飲用水會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)高鐵血紅蛋白血癥并產(chǎn)生亞硝胺，這會(huì)起到致癌作用。因此，硝酸根離子的去除方法將成為保護(hù)地下水水質(zhì)的方法之一。

　　到目前為止，已有傳統(tǒng)的去除硝酸根離子的方法，如反滲透和離子交換。然而，從高運(yùn)行成本的觀點(diǎn)來(lái)看，這些方法包括缺點(diǎn)。另一方面，實(shí)現(xiàn)吸附成本低，操作簡(jiǎn)單并廣泛用于水凈化。雖然有幾種吸附劑如沸石和硅膠，但由于多孔結(jié)構(gòu)，大的表面積和孔體積都不如活性炭。并且活性炭還可以從各種材料和前體如生物質(zhì)制備而無(wú)需任何特殊設(shè)施，因此活性炭可以在許多地區(qū)使用。近年來(lái)，活性炭已被開(kāi)發(fā)作為污染物的凈化材料，具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如易于操作和加工各種形狀和尺寸。此外，活性炭具有疏水表面特性。

　　最近的研究表明，通過(guò)在活性炭表面引入官能團(tuán)的化學(xué)和熱處理，可以加強(qiáng)活性炭對(duì)離子污染物的吸附能力。通過(guò)氧化處理引入大量酸性官能團(tuán)的活性炭對(duì)重金屬吸附有效。還試驗(yàn)通過(guò)氨氣處理引入活性炭的表面上的含堿性氮的官能團(tuán)可以實(shí)現(xiàn)比未經(jīng)處理的活性炭更好的吸附除去硝酸根離子。因此，預(yù)期碳表面上的諸如含氮官能團(tuán)的堿性基團(tuán)/位點(diǎn)對(duì)于離子物質(zhì)的吸附是有效的，并且大量的堿性基團(tuán)/位點(diǎn)可以增強(qiáng)離子物質(zhì)的吸附。然而，硝酸鹽吸附到活性炭上的機(jī)制，特別是平衡溶液pH(pH e)和同一溶液中存在的共存離子的影響尚未詳細(xì)揭示。該信息對(duì)于制定活性炭以除去硝酸根離子和在凈水廠的實(shí)際使用中選擇活性炭是有必要的。

　　我們將活性炭在鹽酸和氫氟酸中浸泡過(guò)夜而不搖動(dòng)，并用熱蒸餾水洗滌數(shù)次，直至洗滌溶液中的pH值不再變化。接著活性炭在110℃下干燥過(guò)夜，獲得的樣品儲(chǔ)存在干燥器中。為了除去活性炭表面酸性官能團(tuán)，將活性炭在氦氣流下在管式爐中在800℃下加熱至所需溫度并保持1小時(shí)。為了將堿性基團(tuán)/位點(diǎn)引入碳表面，進(jìn)行氨氣處理。在氦氣流下，在管式爐中加熱活性炭。爐中的氣氛在200℃時(shí)從氦氣變?yōu)榘睔狻�將溫度升�?00℃的設(shè)定值，并保持1小時(shí)。在氦氣流下將樣品冷卻至室溫。

　　在批量實(shí)驗(yàn)中研究了硝酸根離子在活性炭上的吸附。將約50mg或100mg制備的活性炭分別加入到錐形燒瓶中的25mL或50mL NaNO 3溶液中，并將混合物在100rpm，25℃下振蕩過(guò)夜。初始硝酸根離子濃度范圍為100至800mg/L。

　　pH對(duì)活性炭吸附硝酸根的影響

　　活性炭上的硝酸根離子吸附量與溶液的pH e之間的關(guān)系如圖1所示。硝酸根離子在堿性條件下幾乎不被吸附，這意味著氫氧根離子會(huì)抑制硝酸根離子的吸附。另一方面，隨著平衡pH的降低，硝酸根離子的吸附量增加。在堿性條件下，由于硝酸根離子與活性炭表面之間的靜電排斥，硝酸根離子很難被吸附在活性炭上。另一方面，硝酸根離子的吸附量在酸性條件下增加，這歸因于硝酸根離子與碳表面之間的靜電吸引力。然而，隨著平衡pH從3.0降低到2.0，觀察到硝酸根離子吸附的顯著降低。在此pH范圍內(nèi)，氯離子的初始濃度從2 m增加到20 m M，這意味著共存的氯離子會(huì)抑制硝酸根離子的吸附。通過(guò)NaCl溶液將氯離子的初始濃度固定在20 m M時(shí)，可以清楚地發(fā)現(xiàn)氯離子對(duì)硝酸根離子的吸附抑制作用，表明硝酸根離子在所有pH區(qū)域的吸附量均低于沒(méi)有任何pH調(diào)節(jié)的溶液。因此共存陰離子會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)吸附影響硝酸根離子吸附的效果，并且這種作用可能是較強(qiáng)的在共存陰離子的濃度較高。

　　圖1.平衡pH下活性炭在25°C下吸附硝酸根的影響。

　　在這項(xiàng)研究中，通過(guò)氨氣處理和除氣來(lái)引入活性炭上的堿性基團(tuán)/位點(diǎn)并從活性炭表面除去酸性基團(tuán)以增強(qiáng)水溶液中硝酸根離子的吸附，以及硝酸根離子吸附與之間的關(guān)系。研究了溶液的pH值以及活性炭的表面電荷，以了解活性炭吸附硝酸根離子的基本機(jī)理。結(jié)論可歸納如下。

　　1、硝酸根離子的吸附取決于溶液的pH值，隨著pH的降低，吸附量增加。

　　2、硝酸根離子的吸附在pH2時(shí)受到抑制，這意味著氯離子對(duì)硝酸根離子的吸附有抑制作用。

　　3、在通過(guò)除氣和氨氣處理處理的碳表面上引入堿性基團(tuán)/位點(diǎn)將使活性炭表面帶正電荷，增強(qiáng)硝酸根離子在水溶液中的吸附。

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