Phosphorsyre, med den kemiske formel H3PO4, er en polyprotisk syre, der udviser distinkte kemiske egenskaber. Det er en farveløs, lugtfri og tyktflydende væske, opløselig i vand og i stand til at danne flere serier af salte. Fosforsyrens syrestyrke afhænger af dens koncentration; fortyndede opløsninger er svagt sure, mens koncentrerede er stærkere sure. Det reagerer kraftigt med baser, metaller og oxider, frigiver varme og danner tilsvarende fosfater. Derudover kan phosphorsyre undergå esterificeringsreaktioner med alkoholer og dehydreringsreaktioner med kulhydrater. Disse egenskaber bidrager til fosforsyres udbredte anvendelse i forskellige industrier, herunder gødning, fødevaretilsætningsstoffer og rengøringsmidler.
Forskning i fosforsyre giver en mere miljøvenlig løsning til behandling af perkolat fra lossepladser
Med udviklingen af økonomien og den stigende bybefolkning fortsætter produktionen af fast affald med at stige. Deponeringsmetode er en teknologi til bortskaffelse af fast affald, der almindeligvis anvendes i ind- og udland. Men under deponeringsprocessen vil der blive produceret en stor mængde perkolat. Perkolat refererer til det højkoncentrerede spildevand, der filtreres fra under lossepladsprocessen på grund af erosion af gæring og nedbør, og udblødning af overfladevand og grundvand. Hvis disse perkolater udledes direkte uden ordentlig behandling, vil de udgøre en trussel mod det økologiske miljø og menneskers sundhed. Da der er nogle organiske stoffer, som er svære at nedbryde i perkolatet, er traditionelle biologiske behandlingsmetoder ikke egnede til behandling af denne type organiske stoffer. Derfor har fysisk-kemiske teknologier som ionbytning, membranfiltrering og adsorptionsmetoder vist fordele ved perkolatbehandling. I de senere år har aktiv kuladsorptionsmetode tiltrukket sig opmærksomhed fra mange forskere. Desuden er denne form for aktivt kul fremstillet af biomasse fra landbrugsaffald til behandling af spildevand befordrende for udviklingen af bæredygtig kemi og miljøbeskyttelse. For at opnå effektiv behandling af perkolat med aktivt kul er det meget vigtigt at forstå behandlingsmekanismen for perkolat. Imidlertid er mekanismen for aktivt kul, der behandler perkolat, stadig uklar. Især påvirkningen af strukturen af aktivt kul på perkolatbehandlingen kræver yderligere undersøgelse.
Fosforsyre produceret af BLOOM Tech gav produktsupport til denne undersøgelse
Fosforsyre som aktiveringsmiddel til fremstilling af aktivt kul har fordelene ved minimal miljøpåvirkning og nem genvinding. Heri blev de aktiverede biokul fremstillet af risskaller ved fosforsyreaktivering med succes brugt til behandling af lossepladsperkolat. De deraf følgende forbehandlinger med NaOH og HCl fjernede silica og aske fra biokul grundigt, hvilket førte til revner og poreåbning. Desuden kunne phosphorsyren som aktiveringsregent fremstille aktivt kul med rigelige phosphorgrupper på overfladen. Nærværende undersøgelse fokuserede på at analysere ydeevnen af forskelligt behandlede kulstofprøver på lossepladsperkolatbehandlingen og afsløre de mulige roller af fosforarter dannet i aktiveret biokul i perkolatbehandlingen. Anvendeligheden af kinetiske modeller og adsorptionsisotermer til perkolatbehandling på phosphorsyreaktiveret biochar (H3PO4-aktiveret biochar) blev også diskuteret. Det gav vigtig indsigt til at forstå den effektive behandlingsmekanisme af spildevand og forberede højtydende aktiveret biokul ved hjælp af landbrugsaffaldsrester. Derudover fulgte udnyttelsen af landbrugsaffaldsrester til fremstilling af højtydende kulstofmateriale til behandling af lossepladsperkolat konceptet om bæredygtig grøn 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%) og NH4+-N (100%) har en højere fjernelseshastighed. Kinetiske undersøgelser har vist, at processen med at behandle perkolat med aktivt kul fremstillet ved aktivering af fosforsyre er i overensstemmelse med pseudo-andenordens kinetik og Langmuir-adsorptionsmodellen. Adsorptionsprocessen styres først af ekstern partikeldiffusion og derefter af intern partikeldiffusion. I processen med aktiv kulbehandling af perkolat er de vigtigste organiske forbindelser, der adsorberes, humussyrestoffer, og rollen af fosforarter dannet i aktivt kul understreges. Fosforarterne dannet i det aktive kul kan effektivt justere og kontrollere det aktive kuls egenskaber og struktur, således at den mikroporøse struktur, der dannes i det aktive kul, er befordrende for adsorptionen af humussyrestoffer. Ud over poreegenskaberne for aktivt kul blev hydrogenbindingen og pp-vekselvirkningerne mellem fosforarterne dannet i det aktive kul og humussyrearterne fundet at være vigtige faktorer i den effektive behandling af perkolat. Ovenstående forskningsresultater tydeliggør mekanismen for aktivt kul fremstillet ved aktivering af fosforsyre til effektiv behandling af lossepladsperkolat, i håb om at give spor for effektiv rensning af spildevand i industrien.
Materialer
Fosforsyre, der tilbydes af Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biochar blev opnået fra Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd i Kina, hvor det blev produceret efter omdannelse af risskaller til bioolie ved 400 grader i en reaktor med fluidiseret leje. NaOH (AR), HCl (36%-38%) og H3PO4 (85%) blev købt fra Chengdu Kelong Chemical Regent Factory i Kina uden yderligere oprensning. Perkolat fra lossepladser blev hentet fra den kommunale losseplads for fast affald i Luodai, Chengdu, Sichuan-provinsen, Kina. Før brug blev det filtreret af en natriummembran.
Konklusion
Nærværende arbejde undersøgte ydeevnen af fosforsyreaktiveret biokul fra risskaller til behandling af lossepladsperkolat for at bringe dets kvalitet til udledningsstandarder. Adsorptionen af forurenende stoffer fulgte Langmuir-isotermmodellen og pseudo-andenordens kinetikmodeller. Fosforarterne af aktiveret biochar kunne ikke kun justere og kontrollere kulstoffets teksturelle egenskaber og også interagere med de funktionelle grupper af humussyre i perkolatet via brint.