Fosforsyra, med den kemiska formeln H3PO4, är en polyprotisk syra som uppvisar distinkta kemiska egenskaper. Det är en färglös, luktfri och trögflytande vätska, löslig i vatten och kan bilda flera serier av salter. Fosforsyrans sura styrka beror på dess koncentration; utspädda lösningar är svagt sura, medan koncentrerade lösningar är starkare sura. Det reagerar kraftigt med baser, metaller och oxider, avger värme och bildar motsvarande fosfater. Dessutom kan fosforsyra genomgå förestringsreaktioner med alkoholer och dehydreringsreaktioner med kolhydrater. Dessa egenskaper bidrar till fosforsyras utbredda användning i olika industrier, inklusive gödningsmedel, livsmedelstillsatser och tvättmedel.
Forskning om fosforsyra ger en mer miljövänlig lösning för att behandla lakvatten från deponier
Med utvecklingen av ekonomin och den ökande stadsbefolkningen fortsätter produktionen av fast avfall att öka. Deponimetoden är en teknik för bortskaffande av fast avfall som vanligtvis används hemma och utomlands. Under deponiprocessen kommer dock en stor mängd lakvatten att produceras. Lakvatten avser det högkoncentrerade avloppsvatten som filtreras bort under deponiprocessen på grund av erosion av jäsning och nederbörd, och blötläggning av ytvatten och grundvatten. Om dessa lakvatten släpps ut direkt utan ordentlig rening kommer de att utgöra ett hot mot den ekologiska miljön och människors hälsa. Eftersom det finns en del organiska ämnen som är svåra att bryta ner i lakvattnet är traditionella biologiska reningsmetoder inte lämpliga för behandling av denna typ av organiska ämnen. Därför har fysikalisk-kemiska teknologier som jonbyte, membranfiltrering och adsorptionsmetoder visat fördelar vid lakvattenbehandling. Under de senaste åren har adsorptionsmetoden för aktivt kol uppmärksammats av många forskare. Dessutom bidrar denna typ av aktivt kol framställt av biomassa från jordbruksavfall för att behandla avloppsvatten för utvecklingen av hållbar kemi och miljöskydd. För att uppnå effektiv behandling av lakvatten med aktivt kol är det mycket viktigt att förstå lakvattenets behandlingsmekanism. Mekanismen för att behandla lakvatten med aktivt kol är dock fortfarande oklar. Framför allt kräver inverkan av aktivt kols struktur på lakvattenbehandling ytterligare studier.
Fosforsyra producerad av BLOOM Tech gav produktstöd för denna studie
Fosforsyra som aktiveringsmedel för framställning av aktivt kol har fördelarna med minimal miljöpåverkan och enkel återvinning. Häri användes de aktiverade biokolämnena framställda av risskal genom fosforsyraaktivering framgångsrikt för behandling av lakvatten från deponier. De efterföljande förbehandlingarna med NaOH och HCl avlägsnade kiseldioxiden och askan från biokol grundligt, vilket ledde till sprickor och poröppning. Dessutom kan fosforsyran som aktiveringsregent framställa aktivt kol med rikliga fosforgrupper på ytan. Den aktuella studien fokuserade på att analysera prestandan hos olika behandlade kolprover vid lakvattenbehandling av deponier, och avslöjade de möjliga rollerna för fosforarter som bildas i aktiverat biokol i lakvattenbehandlingen. Tillämpligheten av kinetiska modeller och adsorptionsisotermer för lakvattenbehandling på fosforsyraaktiverad biokol (H3PO4-aktiverad biokol) diskuterades också. Det gav viktiga insikter för att förstå den effektiva reningsmekanismen för avloppsvatten och förbereda högpresterande aktiverat biokol med användning av jordbruksavfallsrester. Utnyttjandet av jordbruksavfallsrester för framställning av högpresterande kolmaterial vid behandlingen av lakvatten från deponier följde dessutom konceptet med hållbar grön kemi.
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 %) och NH4+-N (100 %) har en högre borttagningsgrad. Kinetiska studier har visat att processen att behandla lakvatten med aktivt kol framställt genom fosforsyraaktivering överensstämmer med pseudo-andra ordningens kinetik och Langmuirs adsorptionsmodell. Adsorptionsprocessen styrs först av extern partikeldiffusion och sedan av intern partikeldiffusion. I processen med aktivt kolbehandling av lakvatten är de huvudsakliga organiska föreningarna som adsorberas humussyraämnen, och rollen av fosforarter som bildas i aktivt kol betonas. Fosforämnena som bildas i det aktiva kolet kan effektivt justera och kontrollera egenskaperna och strukturen hos det aktiverade kolet, så att den mikroporösa strukturen som bildas i det aktiva kolet bidrar till adsorptionen av humussyraämnen. Förutom poregenskaperna hos aktivt kol, visade sig vätebindningen och pp-interaktionerna mellan fosforarterna som bildas i det aktiva kolet och humussyraarterna vara viktiga faktorer för effektiv behandling av lakvatten. Ovanstående forskningsresultat klargör mekanismen för aktivt kol framställt genom fosforsyraaktivering för effektiv behandling av lakvatten från deponier, i hopp om att ge ledtrådar för effektiv rening av avloppsvatten inom industrin.
Material
Fosforsyra som erbjuds av Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biokol erhölls från Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd i Kina, där det producerades efter omvandling av risskal till bioolja vid 400 grader i en reaktor med fluidiserad bädd. NaOH (AR), HCl (36%–38%) och H3PO4 (85%) köptes från Chengdu Kelong Chemical Regent Factory i Kina utan ytterligare rening. Deponilakvatten erhölls från den kommunala deponin för fast avfall i Luodai, Chengdu, Sichuanprovinsen, Kina. Före användning filtrerades den med ett natriummembran.
Slutsats
Det aktuella arbetet studerade prestandan hos fosforsyraaktiverade biokolar från risskal för behandling av lakvatten från deponier, för att få dess kvalitet till utsläppsstandarder. Adsorptionen av föroreningar följde Langmuirs isotermmodell och pseudo-andra ordningens kinetikmodeller. Fosforarterna av aktiverat biokol kunde inte bara justera och kontrollera kolets texturegenskaper, utan också interagera med de funktionella grupperna av humussyra i lakvattnet via väte.