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)產品中對鑭系元素的需求增加導致含鑭系元素的生產增加，這增加了來自各種商業(yè)產品和來自生產廢物/廢水的鑭系元素暴露在環(huán)境中，可對人與動植物產生一定的危害。不過好消息是活性炭可以吸附鑭系元素從而達到去除污染的地步，下面我們來看看什么樣的活性炭可以去除鑭系元素污染。在研究了活性炭對鑭系元素吸附的親和力，能力和動力學，以及活性炭的可再生性。從酸性側向堿性方面，為了保持活性炭對鑭系元素的突出親和力需要對活性炭進行改性處理，這使得能夠使用pH可能波動的環(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)開始，以解決由這些工藝流產生的任何流出物(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，在酸溶液中完全質子化，導致幾乎沒有親和力( 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爭性陰離子的影響。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 更強的配合物，并且不太適合與二氧化硅載體結合。結果，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)對所有鑭系元素都提供較大的K d值(> 50,000)，表明它們在天然水中捕獲鑭系元素是非常突出的。請注意，在過濾水中測量天然水中的K d。當河水未被過濾時，經常存在于河水中的腐殖質容易與二氧化硅載體結合，并可能導致結垢。結果，活性炭將變得不太有效的金屬粘合劑。另一方面，即使在蛋白質豐富的樣品中也未觀察到活性炭的污染。簡而言之，活性炭對二氧化硅載體的最大優(yōu)勢在于在一些污染嚴重的高有機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，以及在高碳酸鹽溶液(如透析液)中。我們進一步探索活性炭的性質，包括吸附動力學和容量在有挑戰(zhàn)性的基質中。
活性炭對鑭系元素的吸附動力
活性炭快速吸附動力學對于在大規(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量的透析液中Gd的吸附動力學。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，通過活性炭在100分鐘內除去超過95%的100ppb Gd(和10分鐘后99%)?？焖賱恿W與先前在活性炭的無碳酸鹽基質中報道的钚相似。這種快速吸附速率歸功于活性炭的孔隙結構和合適的孔徑，這允許容易地將Gd(可能以Gd-碳酸鹽復合物形式存在)到孔內的結合位點。4至24小時的接觸，吸附程度保持穩(wěn)定。
上面了解了活性炭對鑭系元素結合能力，這可能導致與鑭系元素管理策略相關的各種應用，從降低其環(huán)境暴露水平，監(jiān)測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(其最初設計用于操作)除去鑭系元素，而且在由絡合的陰離子(例如天然水)組成的堿性溶液中也非常有效。這允許在pH可能波動的系統(tǒng)(例如化學過程和采礦廢水)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 用于收集有價值的鑭系元素或在分析裝置之前進行預濃縮)。幾種活性炭原材料也是再生吸附劑的理想選擇，因為它們對透析液中的鑭系元素具有高親和力，同時允許使用酸洗再生材料。
本文作者：董帝豪
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