Fosforsyre, med den kjemiske formelen H3PO4, er en polyprotisk syre som viser distinkte kjemiske egenskaper. Det er en fargeløs, luktfri og viskøs væske, løselig i vann og i stand til å danne flere serier med salter. Fosforsyrens syrestyrke avhenger av konsentrasjonen; fortynnede løsninger er svakt sure, mens konsentrerte er sterkere sure. Den reagerer kraftig med baser, metaller og oksider, frigjør varme og danner tilsvarende fosfater. I tillegg kan fosforsyre gjennomgå forestringsreaksjoner med alkoholer og dehydreringsreaksjoner med karbohydrater. Disse egenskapene bidrar til fosforsyres utbredte bruk i ulike bransjer, inkludert gjødsel, mattilsetningsstoffer og vaskemidler.
Forskning på fosforsyre gir en mer miljøvennlig løsning for behandling av søppelvann
Med utviklingen av økonomien og den økende bybefolkningen, fortsetter produksjonen av fast avfall å øke. Deponimetoden er en teknologi for deponering av fast avfall som vanligvis brukes i inn- og utland. Under deponiprosessen vil det imidlertid produseres store mengder sigevann. Sigevann refererer til høykonsentrasjonskloakk som filtreres ut under deponiprosessen på grunn av erosjon av gjæring og nedbør, og bløtlegging av overflatevann og grunnvann. Dersom disse sigevannene slippes ut direkte uten forsvarlig behandling, vil de utgjøre en trussel mot det økologiske miljøet og menneskers helse. Siden det er noen organiske stoffer som er vanskelige å bryte ned i sigevannet, er tradisjonelle biologiske behandlingsmetoder ikke egnet for behandling av denne typen organiske stoffer. Derfor har fysisk-kjemiske teknologier som ionebytting, membranfiltrering og adsorpsjonsmetoder vist fordeler ved sigevannsbehandling. De siste årene har aktivert karbon-adsorpsjonsmetode tiltrukket seg oppmerksomheten til mange forskere. Dessuten bidrar denne typen aktivert karbon tilberedt av biomasse fra landbruksavfall for å behandle avløpsvann for utviklingen av bærekraftig kjemi og miljøvern. For å oppnå effektiv behandling av sigevann med aktivt kull er det svært viktig å forstå behandlingsmekanismen til sigevann. Mekanismen for å behandle sigevann med aktivt karbon er imidlertid fortsatt uklar. Spesielt påvirkningen av strukturen til aktivert karbon på sigevannsbehandling krever videre studier.
Fosforsyre produsert av BLOOM Tech ga produktstøtte for denne studien
Fosforsyre som aktiveringsmiddel for fremstilling av aktivt karbon har fordelene med minimal miljøpåvirkning og enkel utvinning. Her ble de aktiverte biokullene fremstilt fra risskall ved fosforsyreaktivering vellykket brukt for behandling av søppelvann. De påfølgende forbehandlingene med NaOH og HCl fjernet silika og aske fra biokull grundig, noe som førte til sprekker og poreåpning. Dessuten kunne fosforsyren som aktiveringsregent forberede aktivert karbon med rikelig med fosforgrupper på overflaten. Den nåværende studien fokuserte på å analysere ytelsen til forskjellig behandlede karbonprøver på deponiets sigevannsbehandling, og avsløre de mulige rollene til fosforarter dannet i aktivert biokull i sigevannsbehandlingen. Anvendeligheten av kinetiske modeller og adsorpsjonsisotermer for sigevannsbehandling på fosforsyreaktivert biokull (H3PO4-aktivert biokull) ble også diskutert. Det ga viktig innsikt for å forstå den effektive behandlingsmekanismen for avløpsvann og tilberede høyytelses aktivert biokull ved bruk av rester fra landbruksavfall. I tillegg fulgte bruken av avfallsrester fra landbruket for fremstilling av høyytelses karbonmateriale i behandlingen av søppelvann til konseptet bærekraftig grønn kjemi.
Luo Yiping, a postdoctoral fellow at the Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences (co-supervisor: researcher Liu Xiaofeng), conducted research on the treatment of landfill leachate with activated carbon prepared from rice husk residue using phosphoric acid as an activator. By evaluating the color, pollutant removal rate, COD removal rate and NH4+-N removal rate of the leachate, the performance of carbon samples prepared by different treatment methods in leachate treatment was investigated. It was found that activated carbon prepared by phosphoric acid activation was more effective in treating landfill leachate than carbon samples prepared without phosphoric acid activation. When the mass ratio of phosphoric acid to carbon is greater than 2, the prepared activated carbon shows better performance in the leachate treatment process, namely chroma (100%), pollutants (>90 %), COD (~80 %) og NH4+-N (100 %) har en høyere fjerningsgrad. Kinetiske studier har vist at prosessen med å behandle sigevann med aktivert karbon fremstilt ved fosforsyreaktivering samsvarer med pseudo-andreordens kinetikk og Langmuir-adsorpsjonsmodellen. Adsorpsjonsprosessen styres først av ekstern partikkeldiffusjon og deretter av intern partikkeldiffusjon. I prosessen med aktivert karbonbehandling av sigevann er de viktigste organiske forbindelsene som adsorberes humussyrestoffer, og rollen til fosforarter dannet i aktivert karbon understrekes. Fosforartene som dannes i det aktive karbonet kan effektivt justere og kontrollere egenskapene og strukturen til det aktiverte karbonet, slik at den mikroporøse strukturen som dannes i det aktive karbonet bidrar til adsorpsjon av humussyrestoffer. I tillegg til poreegenskapene til aktivt karbon, ble hydrogenbindingen og pp-interaksjonene mellom fosforartene dannet i det aktive karbonet og humussyreartene funnet å være viktige faktorer for effektiv behandling av sigevann. Ovennevnte forskningsresultater klargjør mekanismen til aktivert karbon fremstilt ved fosforsyreaktivering for effektiv behandling av søppelfyllingsvann, i håp om å gi ledetråder for effektiv behandling av avløpsvann i industrien.
Materialer
Fosforsyre som tilbys av Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biokull ble hentet fra Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd i Kina, hvor det ble produsert etter konvertering av risskall til bioolje ved 400 grader i en fluidisert sjiktreaktor. NaOH (AR), HCl (36%–38%) og H3PO4 (85%) ble kjøpt fra Chengdu Kelong Chemical Regent Factory i Kina uten ytterligere rensing. Deponivann ble hentet fra det kommunale deponiet for fast avfall i Luodai, Chengdu, Sichuan-provinsen, Kina. Før bruk ble den filtrert av en natriummembran.
Konklusjon
Det nåværende arbeidet studerte ytelsen til fosforsyreaktivert biokull fra risskall for behandling av søppelvann, for å bringe kvaliteten til utslippsstandarder. Adsorpsjonen av forurensninger fulgte Langmuir-isotermmodellen og pseudo-andreordens kinetikkmodeller. Fosforartene av aktivert biokull kunne ikke bare justere og kontrollere teksturegenskapene til karbon, og også samhandle med de funksjonelle gruppene av humussyre i sigevannet via hydrogen.