活性炭改性對地下水脫鹽的農(nóng)業(yè)應(yīng)用
活性炭改性對地下水脫鹽的農(nóng)業(yè)應(yīng)用
地下水是作為灌溉的重要來源，由于人口、農(nóng)業(yè)和工業(yè)部門的快速增長，水被視為一種戰(zhàn)略資源。然而，由于人類活動或自然原因，地下水質(zhì)量可能會受到鹽分或重金屬的影響。為了解決地下水的鹽份問題，我們將改性活性炭與粘土礦物結(jié)合，這種粘土礦物具有很強的親和力和吸附陽離子的能力，可以增強活性炭對鹽水的脫鹽過程。
改性活性炭的制備和表征
為了制備改性活性炭在以下條件下進行：2.5g活性炭樣品pH值為2.3，采用Fex(OH)y來進行改性。溶液在室溫下以150rpm的速度攪拌5小時。最后，將材料過濾，并用蒸餾水洗滌直至不含氯化物(通過AgNO3測試檢測)。改性好的活性炭在30℃下干燥。經(jīng)過表征發(fā)現(xiàn)聚陽離子物質(zhì)吸附對活性炭的表面有很大的影響?；钚蕴亢虵e改性活性炭復(fù)合物是微孔材料。由于表面積和平均孔徑的檢驗統(tǒng)計結(jié)果，活性炭的改性過程非常顯著。
SEM圖像(圖1)顯示活性炭的表面充滿了裂縫、通道和一些不同大小的多孔顆粒。產(chǎn)生的多孔結(jié)構(gòu)，因為大部分有機揮發(fā)物演變，而使活性炭的破裂表面的后面具有少量細孔的活化后，在500℃。此外，由于鐵聚陽離子物質(zhì)在活性炭上的吸附，改性活性炭的SEM圖片發(fā)生了巨大變化，變得充滿了幾乎緊密分散的帶狀結(jié)構(gòu)。
圖1：不同放大倍數(shù)(a和c-2000倍，b和d-4000倍)下活性炭(a,b)和改性活性炭(c,d)的掃描電子顯微鏡(SEM)。
FT-IR光譜(圖2)用于分析活性炭和改性活性炭復(fù)合物中可能的化學(xué)鍵，兩個光譜幾乎相同。-OH基團的在活性炭和改性活性炭的光譜中的伸縮振動顯示出的3200-3650厘米的范圍內(nèi)的寬的吸收峰。
圖2：(a)活性炭和(b)改性活性炭的FTIR光譜。
地下水脫鹽淡化
評估使用含鹽地下水作為灌溉水源作為糧食安全的可行選擇。另一方面，鹽分會導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量大幅下降和土壤質(zhì)量迅速惡化。地下水脫鹽和處理程序使用固定床柱模型進行，額定流量為120mL/小時，吸附在改性活性炭上。用改性活性炭處理后地下水的化學(xué)分析得到改善。此外，海水淡化過程對地下水中的所有重金屬濃度和總有機碳都有相當(dāng)大的影響，除鐵和鋅分別以96.8和98.5的比例去除外，所有重金屬均已完全去除。
灌溉用地下水和活性炭處理后的地下水質(zhì)量評估
地下水的鹽度在用于灌溉時造成嚴重困難，因為它在高鈉濃度下會影響土壤滲透性和水滲透。對于確定鈉效應(yīng)，鈉吸附比是一個關(guān)鍵參數(shù)。地下水鹽度是一種危險的環(huán)境因素，對植物和土壤特性有雙重影響，導(dǎo)致作物生產(chǎn)力降低和土壤鹽分增加。在灌溉水鹽度分類表中屬于C4類，表示鹽度非常高的水，可用于排水受限的土壤和耐鹽性好的植物。雖然活性炭處理后的地下水的鹽度在C3鹽度等級，但表明加入適量的浸出后可以使用中等鹽度的水，并且一些植物可以在沒有額外的鹽度管理技術(shù)的情況下生長。殘留碳酸鈉也用于確定水的質(zhì)量，高碳酸鈉殘留表明高pH值。根據(jù)殘留越少的樣本更適合灌溉。因此，地下水適合灌溉，而活性炭復(fù)合物產(chǎn)生處理后的地下水是一個更好的選擇。
活性炭改性對地下水脫鹽的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，由于其含鹽量，這項研究發(fā)現(xiàn)，使用地下水進行灌溉而不進一步處理會對土壤和植物造成長期的問題。因此，使用活性炭混合物對地下水進行脫鹽對降低地下水鹽度以及主要陽離子和陰離子具有相當(dāng)大的影響。此外，處理后的地下水使用對土壤和植物屬性也有相當(dāng)大的影響。因此，改性活性炭對地下水或海水淡化過程是一種更好、安全且具有成本效益的方法，可以重復(fù)利用地下水等常規(guī)水資源。
本文作者：董帝豪
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