Phosphorsäure, mit der chemischen Formel H3PO4, ist eine polyprotische Säure, die ausgeprägte chemische Eigenschaften aufweist. Es ist eine farblose, geruchlose und viskose Flüssigkeit, die in Wasser löslich ist und mehrere Salzreihen bilden kann. Die Säurestärke von Phosphorsäure hängt von ihrer Konzentration ab; Verdünnte Lösungen sind schwach sauer, während konzentrierte Lösungen stärker sauer sind. Es reagiert heftig mit Basen, Metallen und Oxiden, setzt dabei Wärme frei und bildet entsprechende Phosphate. Darüber hinaus kann Phosphorsäure Veresterungsreaktionen mit Alkoholen und Dehydratisierungsreaktionen mit Kohlenhydraten eingehen. Diese Eigenschaften tragen dazu bei, dass Phosphorsäure in verschiedenen Industrien weit verbreitet ist, darunter Düngemittel, Lebensmittelzusatzstoffe und Reinigungsmittel.
Forschungen zu Phosphorsäure bieten eine umweltfreundlichere Lösung für die Behandlung von Deponiesickerwasser
Mit der Entwicklung der Wirtschaft und der wachsenden städtischen Bevölkerung nimmt die Produktion fester Abfälle weiter zu. Die Deponiemethode ist eine im In- und Ausland häufig verwendete Technologie zur Entsorgung fester Abfälle. Allerdings fallen bei der Deponierung große Mengen Sickerwasser an. Unter Sickerwasser versteht man das hochkonzentrierte Abwasser, das während des Deponieprozesses durch Erosion von Gärung und Niederschlag sowie durch die Durchnässung von Oberflächen- und Grundwasser herausgefiltert wird. Wenn diese Sickerwässer ohne angemessene Behandlung direkt eingeleitet werden, stellen sie eine Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar. Da im Sickerwasser einige organische Stoffe schwer abbaubar sind, sind herkömmliche biologische Behandlungsmethoden für die Behandlung dieser Art organischer Stoffe nicht geeignet. Daher haben physikalisch-chemische Technologien wie Ionenaustausch, Membranfiltration und Adsorptionsmethoden Vorteile bei der Sickerwasserbehandlung gezeigt. In den letzten Jahren hat die Aktivkohle-Adsorptionsmethode die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen. Darüber hinaus trägt diese Art von Aktivkohle, die aus landwirtschaftlicher Abfallbiomasse zur Abwasserbehandlung hergestellt wird, zur Entwicklung einer nachhaltigen Chemie und zum Umweltschutz bei. Um eine effiziente Behandlung von Sickerwasser mit Aktivkohle zu erreichen, ist es sehr wichtig, den Behandlungsmechanismus von Sickerwasser zu verstehen. Der Mechanismus der Aktivkohlebehandlung von Sickerwasser ist jedoch noch unklar. Insbesondere der Einfluss der Struktur von Aktivkohle auf die Sickerwasserbehandlung bedarf weiterer Untersuchungen.
Die von BLOOM Tech hergestellte Phosphorsäure lieferte Produktunterstützung für diese Studie
Phosphorsäure als Aktivierungsmittel für die Herstellung von Aktivkohle bietet den Vorteil minimaler Umweltbelastung und einfacher Rückgewinnung. Dabei wurden die aus Reisschalen durch Phosphorsäureaktivierung hergestellten aktivierten Pflanzenkohlen erfolgreich zur Behandlung von Deponiesickerwasser eingesetzt. Die anschließende Vorbehandlung mit NaOH und HCl entfernte die Kieselsäure und Asche gründlich aus der Pflanzenkohle, was zu Rissen und Porenöffnungen führte. Darüber hinaus könnte die Phosphorsäure als Aktivierungsreagens Aktivkohle mit reichlich Phosphorgruppen auf der Oberfläche herstellen. Die vorliegende Studie konzentrierte sich auf die Analyse der Leistung unterschiedlich behandelter Kohlenstoffproben bei der Deponiesickerwasserbehandlung und zeigte die mögliche Rolle von Phosphorspezies auf, die in aktivierter Pflanzenkohle bei der Sickerwasserbehandlung gebildet werden. Die Anwendbarkeit kinetischer Modelle und Adsorptionsisothermen für die Sickerwasserbehandlung auf mit Phosphorsäure aktivierter Biokohle (H3PO4-aktivierte Biokohle) wurde ebenfalls diskutiert. Es lieferte wichtige Erkenntnisse, um den effizienten Aufbereitungsmechanismus von Abwasser zu verstehen und leistungsstarke aktivierte Pflanzenkohle aus landwirtschaftlichen Abfallrückständen herzustellen. Darüber hinaus folgte die Nutzung landwirtschaftlicher Abfallrückstände zur Herstellung von Hochleistungskohlenstoffmaterial bei der Behandlung von Deponiesickerwasser dem Konzept der nachhaltigen grünen Chemie.
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 %), CSB (~80 %) und NH4+-N (100 %) weisen eine höhere Entfernungsrate auf. Kinetische Studien haben gezeigt, dass der Prozess der Behandlung von Sickerwasser mit durch Phosphorsäureaktivierung hergestellter Aktivkohle der Kinetik pseudo-zweiter Ordnung und dem Langmuir-Adsorptionsmodell entspricht. Der Adsorptionsprozess wird zunächst durch externe Partikeldiffusion und dann durch interne Partikeldiffusion gesteuert. Bei der Aktivkohleaufbereitung von Sickerwasser werden vor allem Huminsäuren als organische Verbindungen adsorbiert, wobei die Rolle der in der Aktivkohle gebildeten Phosphorspezies hervorgehoben wird. Die in der Aktivkohle gebildeten Phosphorspezies können die Eigenschaften und die Struktur der Aktivkohle effektiv anpassen und steuern, sodass die in der Aktivkohle gebildete mikroporöse Struktur die Adsorption von Huminsäuresubstanzen begünstigt. Zusätzlich zu den Poreneigenschaften von Aktivkohle erwiesen sich die Wasserstoffbrückenbindungen und pp-Wechselwirkungen zwischen den in der Aktivkohle gebildeten Phosphorspezies und den Huminsäurespezies als wichtige Faktoren für die wirksame Behandlung von Sickerwasser. Die oben genannten Forschungsergebnisse klären den Mechanismus der durch Phosphorsäureaktivierung hergestellten Aktivkohle zur effizienten Behandlung von Deponiesickerwasser und hoffen, Hinweise für eine effiziente Abwasserbehandlung in der Industrie zu liefern.
Materialien
Phosphorsäure, angeboten von Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biokohle wurde von Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd in China bezogen, wo sie nach der Umwandlung von Reisschalen in Bioöl bei 400 Grad in einem Wirbelschichtreaktor hergestellt wurde. NaOH (AR), HCl (36–38 %) und H3PO4 (85 %) wurden ohne weitere Reinigung von der Chengdu Kelong Chemical Regent Factory in China gekauft. Deponiesickerwasser wurde von der städtischen Mülldeponie in Luodai, Chengdu, Provinz Sichuan, China, gewonnen. Vor der Verwendung wurde es durch eine Natriummembran filtriert.
Abschluss
Die vorliegende Arbeit untersuchte die Leistung von mit Phosphorsäure aktivierten Pflanzenkohlen aus Reisschalen zur Behandlung von Deponiesickerwasser, um dessen Qualität auf die Einleitungsnormen zu bringen. Die Adsorption von Schadstoffen folgte dem Langmuir-Isothermenmodell und den Kinetikmodellen pseudo-zweiter Ordnung. Die Phosphorspezies der aktivierten Pflanzenkohle könnten nicht nur die Struktureigenschaften des Kohlenstoffs anpassen und steuern, sondern über Wasserstoff auch mit den funktionellen Gruppen der Huminsäure im Sickerwasser interagieren.