活性炭吸附鑭系元素
活性炭怎么用選擇性吸附鑭系元素(La，Ce，Pr，Nd，Eu，Gd和Lu) ，在商業(yè)產(chǎn)品中對(duì)鑭系元素的需求增加導(dǎo)致含鑭系元素的生產(chǎn)增加，這增加了來(lái)自各種商業(yè)產(chǎn)品和來(lái)自生產(chǎn)廢物/廢水的鑭系元素暴露在環(huán)境中，可對(duì)人與動(dòng)植物產(chǎn)生一定的危害。不過(guò)好消息是活性炭可以吸附鑭系元素從而達(dá)到去除污染的地步，下面我們來(lái)看看什么樣的活性炭可以去除鑭系元素污染。在研究了活性炭對(duì)鑭系元素吸附的親和力，能力和動(dòng)力學(xué)，以及活性炭的可再生性。從酸性側(cè)向堿性方面，為了保持活性炭對(duì)鑭系元素的突出親和力需要對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理，這使得能夠使用pH可能波動(dòng)的環(huán)境中獲得更好的去除效。
在工業(yè)上，鑭系元素通常在酸性溶液中加工和處理，因此，我們從酸性溶液中研究這些吸附劑(活性炭)開(kāi)始，以解決由這些工藝流產(chǎn)生的任何流出物(或廢物)。在酸性硝酸鹽和氯化物系統(tǒng)中，酚和羧酸和活性炭中的兩種主要配體，在酸溶液中完全質(zhì)子化，導(dǎo)致幾乎沒(méi)有親和力( ķ ð〜0)活性炭的所有鑭系元素。作為酸溶液中較弱的配體，1-羥基-2-吡啶酮和丙酰胺膦酸配體也可能受溶液中競(jìng)爭(zhēng)性陰離子的影響。這表明硝酸鹽與較輕的鑭系元素(La至Gd)形成比較重的鑭系元素如Lu 更強(qiáng)的配合物，并且不太適合與二氧化硅載體結(jié)合。結(jié)果，鑭系元素的K d沿著鑭系元素增加，并且與Lu形成最高，Lu與硝酸鹽形成最弱的絡(luò)合物。氯化物體系也是如此，但是由于氯離子比硝酸鹽弱得多，因此鑭系元素配比較弱。
所有吸附劑(二氧化硅載體和活性炭)對(duì)所有鑭系元素都提供較大的K d值(> 50,000)，表明它們?cè)谔烊凰胁东@鑭系元素是非常突出的。請(qǐng)注意，在過(guò)濾水中測(cè)量天然水中的K d。當(dāng)河水未被過(guò)濾時(shí)，經(jīng)常存在于河水中的腐殖質(zhì)容易與二氧化硅載體結(jié)合，并可能導(dǎo)致結(jié)垢。結(jié)果，活性炭將變得不太有效的金屬粘合劑。另一方面，即使在蛋白質(zhì)豐富的樣品中也未觀察到活性炭的污染。簡(jiǎn)而言之，活性炭對(duì)二氧化硅載體的最大優(yōu)勢(shì)在于在一些污染嚴(yán)重的高有機(jī)含量天然水域中的酸性物流(如工業(yè)廢水，核廢料和礦井水域)等挑戰(zhàn)性基質(zhì)，以及在高碳酸鹽溶液(如透析液)中。我們進(jìn)一步探索活性炭的性質(zhì)，包括吸附動(dòng)力學(xué)和容量在有挑戰(zhàn)性的基質(zhì)中。
活性炭對(duì)鑭系元素的吸附動(dòng)力
活性炭快速吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)于在大規(guī)模水處理和吸附劑中部署吸附劑材料是非常有益的。圖中顯示了在活性炭上測(cè)量的透析液中Gd的吸附動(dòng)力學(xué)。即使在含有高濃度氯化物，碳酸鹽，葡萄糖和乳酸鹽的透析液中，通過(guò)活性炭在100分鐘內(nèi)除去超過(guò)95%的100ppb Gd(和10分鐘后99%)?？焖賱?dòng)力學(xué)與先前在活性炭的無(wú)碳酸鹽基質(zhì)中報(bào)道的钚相似。這種快速吸附速率歸功于活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和合適的孔徑，這允許容易地將Gd(可能以Gd-碳酸鹽復(fù)合物形式存在)到孔內(nèi)的結(jié)合位點(diǎn)。4至24小時(shí)的接觸，吸附程度保持穩(wěn)定。
上面了解了活性炭對(duì)鑭系元素結(jié)合能力，這可能導(dǎo)致與鑭系元素管理策略相關(guān)的各種應(yīng)用，從降低其環(huán)境暴露水平，監(jiān)測(cè)到治療急性鑭系元素中毒。改性后的活性炭不僅可以在酸性流中(其最初設(shè)計(jì)用于操作)除去鑭系元素，而且在由絡(luò)合的陰離子(例如天然水)組成的堿性溶液中也非常有效。這允許在pH可能波動(dòng)的系統(tǒng)(例如化學(xué)過(guò)程和采礦廢水)中靈活使用材料。改性后的活性炭沿著鑭系元素具有不同的親和力，因此它們可用于色譜鑭系分離(例如 用于收集有價(jià)值的鑭系元素或在分析裝置之前進(jìn)行預(yù)濃縮)。幾種活性炭原材料也是再生吸附劑的理想選擇，因?yàn)樗鼈儗?duì)透析液中的鑭系元素具有高親和力，同時(shí)允許使用酸洗再生材料。
本文作者：董帝豪
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