Φωσφορικό οξύ, με τον χημικό τύπο H3PO4, είναι ένα πολυπρωτικό οξύ που παρουσιάζει διακριτά χημικά χαρακτηριστικά. Είναι ένα άχρωμο, άοσμο και παχύρρευστο υγρό, διαλυτό στο νερό και ικανό να σχηματίζει πολλαπλές σειρές αλάτων. Η όξινη ισχύς του φωσφορικού οξέος εξαρτάται από τη συγκέντρωσή του. Τα αραιωμένα διαλύματα είναι ασθενώς όξινα, ενώ τα συμπυκνωμένα είναι πιο έντονα όξινα. Αντιδρά έντονα με βάσεις, μέταλλα και οξείδια, απελευθερώνοντας θερμότητα και σχηματίζοντας αντίστοιχα φωσφορικά άλατα. Επιπλέον, το φωσφορικό οξύ μπορεί να υποστεί αντιδράσεις εστεροποίησης με αλκοόλες και αντιδράσεις αφυδάτωσης με υδατάνθρακες. Αυτές οι ιδιότητες συμβάλλουν στην ευρεία χρήση του φωσφορικού οξέος σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένων των λιπασμάτων, των προσθέτων τροφίμων και των απορρυπαντικών.
Η έρευνα για το φωσφορικό οξύ παρέχει μια πιο φιλική προς το περιβάλλον λύση για την επεξεργασία των στραγγισμάτων υγειονομικής ταφής
Με την ανάπτυξη της οικονομίας και τον αυξανόμενο αστικό πληθυσμό, η παραγωγή στερεών αποβλήτων συνεχίζει να αυξάνεται. Η μέθοδος υγειονομικής ταφής είναι μια τεχνολογία διάθεσης στερεών αποβλήτων που χρησιμοποιείται συνήθως στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία υγειονομικής ταφής, θα παραχθεί μεγάλη ποσότητα στραγγίσματος. Τα στραγγίσματα αναφέρονται στα λύματα υψηλής συγκέντρωσης που φιλτράρονται κατά τη διαδικασία υγειονομικής ταφής λόγω της διάβρωσης της ζύμωσης και της βροχόπτωσης και της διαβροχής των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων. Εάν αυτά τα στραγγίσματα απορριφθούν απευθείας χωρίς την κατάλληλη επεξεργασία, θα αποτελέσουν απειλή για το οικολογικό περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία. Δεδομένου ότι υπάρχουν ορισμένες οργανικές ουσίες που είναι δύσκολο να αποικοδομηθούν στα στραγγίσματα, οι παραδοσιακές μέθοδοι βιολογικής επεξεργασίας δεν είναι κατάλληλες για την επεξεργασία αυτού του τύπου οργανικών ουσιών. Ως εκ τούτου, οι φυσικοχημικές τεχνολογίες όπως η ανταλλαγή ιόντων, η διήθηση με μεμβράνη και οι μέθοδοι προσρόφησης έχουν δείξει πλεονεκτήματα στην επεξεργασία στραγγισμάτων. Τα τελευταία χρόνια, η μέθοδος προσρόφησης ενεργού άνθρακα έχει προσελκύσει την προσοχή πολλών ερευνητών. Επιπλέον, αυτό το είδος ενεργού άνθρακα που παρασκευάζεται από βιομάζα γεωργικών αποβλήτων για την επεξεργασία των λυμάτων συμβάλλει στην ανάπτυξη βιώσιμης χημείας και στην προστασία του περιβάλλοντος. Για να επιτευχθεί αποτελεσματική επεξεργασία του στραγγίσματος με ενεργό άνθρακα, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε τον μηχανισμό επεξεργασίας του στραγγίσματος. Ωστόσο, ο μηχανισμός της επεξεργασίας των στραγγισμάτων με ενεργό άνθρακα είναι ακόμα ασαφής. Ειδικότερα, η επίδραση της δομής του ενεργού άνθρακα στην επεξεργασία των στραγγισμάτων απαιτεί περαιτέρω μελέτη.
Το φωσφορικό οξύ που παράγεται από την BLOOM Tech παρείχε υποστήριξη προϊόντος για αυτήν τη μελέτη
Το φωσφορικό οξύ ως παράγοντας ενεργοποίησης για την παρασκευή ενεργού άνθρακα έχει τα πλεονεκτήματα των ελάχιστων περιβαλλοντικών επιπτώσεων και της εύκολης ανάκτησης. Στο παρόν, οι ενεργοποιημένοι βιοκαθαρτήρες που παρασκευάστηκαν από φλοιό ρυζιού με ενεργοποίηση φωσφορικού οξέος χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς για την επεξεργασία των στραγγισμάτων υγειονομικής ταφής. Οι επακόλουθες προεπεξεργασίες με NaOH και HCl αφαίρεσαν το πυρίτιο και την τέφρα από το βιοαπάνθρακα, γεγονός που οδήγησε σε ρωγμές και άνοιγμα πόρων. Επιπλέον, το φωσφορικό οξύ ως αντιδραστήριο ενεργοποίησης θα μπορούσε να παρασκευάσει ενεργό άνθρακα με άφθονες ομάδες φωσφόρου στην επιφάνεια. Η παρούσα μελέτη επικεντρώθηκε στην ανάλυση της απόδοσης δειγμάτων άνθρακα που έχουν υποστεί διάφορες επεξεργασίες στην επεξεργασία στραγγισμάτων χωματερής, αποκαλύπτοντας τους πιθανούς ρόλους των ειδών φωσφόρου που σχηματίζονται στον ενεργοποιημένο βιοκάρβουνο στην επεξεργασία των στραγγισμάτων. Συζητήθηκε επίσης η δυνατότητα εφαρμογής κινητικών μοντέλων και ισόθερμων προσρόφησης για την επεξεργασία στραγγισμάτων σε βιοάνθρακες ενεργοποιημένου με φωσφορικό οξύ (H3PO4-ενεργοποιημένος βιοάνθρακας). Παρείχε σημαντικές πληροφορίες για την κατανόηση του αποτελεσματικού μηχανισμού επεξεργασίας των λυμάτων και την προετοιμασία ενεργοποιημένου βιοαπανθρακώματος υψηλής απόδοσης χρησιμοποιώντας υπολείμματα γεωργικών αποβλήτων. Επιπρόσθετα, η χρήση υπολειμμάτων γεωργικών αποβλήτων για την παρασκευή υλικού άνθρακα υψηλής απόδοσης για την επεξεργασία στραγγισμάτων χωματερής τήρησε την έννοια της βιώσιμης πράσινης χημείας.
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%) και NH4+-N (100%) έχουν υψηλότερο ποσοστό αφαίρεσης. Κινητικές μελέτες έχουν δείξει ότι η διαδικασία επεξεργασίας του στραγγίσματος με ενεργό άνθρακα που παρασκευάζεται με ενεργοποίηση φωσφορικού οξέος συμμορφώνεται με την κινητική ψευδο-δεύτερης τάξης και το μοντέλο προσρόφησης Langmuir. Η διαδικασία προσρόφησης ελέγχεται πρώτα με εξωτερική διάχυση σωματιδίων και στη συνέχεια με εσωτερική διάχυση σωματιδίων. Στη διαδικασία επεξεργασίας του στραγγίσματος με ενεργό άνθρακα, οι κύριες οργανικές ενώσεις που προσροφούνται είναι ουσίες χουμικού οξέος και τονίζεται ο ρόλος των ειδών φωσφόρου που σχηματίζονται στον ενεργό άνθρακα. Τα είδη φωσφόρου που σχηματίζονται στον ενεργό άνθρακα μπορούν να προσαρμόσουν και να ελέγξουν αποτελεσματικά τα χαρακτηριστικά και τη δομή του ενεργού άνθρακα, έτσι ώστε η μικροπορώδης δομή που σχηματίζεται στον ενεργό άνθρακα να ευνοεί την προσρόφηση ουσιών χουμικού οξέος. Εκτός από τα χαρακτηριστικά των πόρων του ενεργού άνθρακα, οι δεσμοί υδρογόνου και οι αλληλεπιδράσεις pp μεταξύ των ειδών φωσφόρου που σχηματίζονται στον ενεργό άνθρακα και των ειδών χουμικού οξέος βρέθηκαν να είναι σημαντικοί παράγοντες για την αποτελεσματική επεξεργασία του στραγγίσματος. Τα παραπάνω ερευνητικά αποτελέσματα διευκρινίζουν τον μηχανισμό του ενεργού άνθρακα που παρασκευάζεται με ενεργοποίηση φωσφορικού οξέος για αποτελεσματική επεξεργασία των στραγγισμάτων χωματερής, ελπίζοντας να παράσχουν ενδείξεις για αποτελεσματική επεξεργασία των λυμάτων στη βιομηχανία.
Υλικά
Το φωσφορικό οξύ που προσφέρεται από την Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Το Biochar ελήφθη από την Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd στην Κίνα, όπου παρήχθη μετά τη μετατροπή του φλοιού ρυζιού σε βιοέλαιο στους 400 βαθμούς σε έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης. Τα NaOH (AR), HCl (36%-38%) και H3PO4 (85%) αγοράστηκαν από το Chengdu Kelong Chemical Regent Factory στην Κίνα χωρίς περαιτέρω καθαρισμό. Τα στραγγίσματα υγειονομικής ταφής ελήφθησαν από τον χώρο υγειονομικής ταφής στερεών αποβλήτων στο Luodai, στο Chengdu, στην επαρχία Sichuan, στην Κίνα. Πριν από τη χρήση, διηθήθηκε με μεμβράνη νατρίου.
συμπέρασμα
Η παρούσα εργασία μελέτησε την απόδοση των βιοανθράκων που ενεργοποιούνται με φωσφορικό οξύ από φλοιό ρυζιού για την επεξεργασία των στραγγισμάτων υγειονομικής ταφής, προκειμένου να φέρει την ποιότητά του στα πρότυπα απόρριψης. Η προσρόφηση των ρύπων ακολούθησε το ισόθερμο μοντέλο Langmuir και τα μοντέλα κινητικής ψευδο-δεύτερης τάξης. Τα είδη φωσφόρου του ενεργοποιημένου βιοαπάνθρακα δεν μπορούσαν μόνο να προσαρμόσουν και να ελέγξουν τις ιδιότητες της υφής του άνθρακα, αλλά και να αλληλεπιδράσουν με τις λειτουργικές ομάδες του χουμικού οξέος στο στραγγισμό μέσω υδρογόνου.