بحث عن تحضير الكربون المنشط من حمض الفوسفوريك لمعالجة المادة المرتشحة في مدافن النفايات

حمض الفسفوريك، مع الصيغة الكيميائية H3PO4، هو حمض متعدد البروتيك الذي يظهر خصائص كيميائية مميزة. وهو سائل لزج عديم اللون والرائحة، قابل للذوبان في الماء وقادر على تكوين سلسلة متعددة من الأملاح. تعتمد القوة الحمضية لحمض الفوسفوريك على تركيزه؛ المحاليل المخففة تكون حمضية ضعيفة، بينما المحاليل المركزة تكون حمضية بقوة أكبر. يتفاعل بقوة مع القواعد والمعادن والأكاسيد، ويطلق الحرارة ويشكل الفوسفات المقابل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يخضع حمض الفوسفوريك لتفاعلات الأسترة مع الكحول وتفاعلات الجفاف مع الكربوهيدرات. تساهم هذه الخصائص في استخدام حمض الفوسفوريك على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بما في ذلك الأسمدة والمضافات الغذائية والمنظفات.

توفر الأبحاث المتعلقة بحمض الفوسفوريك حلاً أكثر صداقة للبيئة لمعالجة المادة المرتشحة في مدافن النفايات

مع تطور الاقتصاد وزيادة عدد سكان المناطق الحضرية، يستمر إنتاج النفايات الصلبة في الزيادة. طريقة دفن النفايات هي تقنية للتخلص من النفايات الصلبة شائعة الاستخدام في الداخل والخارج. ومع ذلك، أثناء عملية دفن النفايات، سيتم إنتاج كمية كبيرة من المادة المرتشحة. تشير المادة المرتشحة إلى مياه الصرف الصحي عالية التركيز التي يتم ترشيحها أثناء عملية دفن النفايات بسبب تآكل التخمر وهطول الأمطار، ونقع المياه السطحية والمياه الجوفية. إذا تم تصريف هذه السوائل مباشرة دون معالجة مناسبة، فإنها ستشكل تهديدا للبيئة البيئية وصحة الإنسان. وبما أن هناك بعض المواد العضوية التي يصعب تحللها في المادة المرتشحة، فإن طرق المعالجة البيولوجية التقليدية ليست مناسبة لمعالجة هذا النوع من المواد العضوية. لذلك، أظهرت التقنيات الفيزيائية والكيميائية مثل التبادل الأيوني والترشيح الغشائي وطرق الامتزاز مزايا في معالجة المادة المرتشحة. في السنوات الأخيرة، جذبت طريقة امتصاص الكربون المنشط انتباه العديد من الباحثين. علاوة على ذلك، فإن هذا النوع من الكربون المنشط المحضر من الكتلة الحيوية للنفايات الزراعية لمعالجة مياه الصرف الصحي يفضي إلى تطوير الكيمياء المستدامة وحماية البيئة. لتحقيق معالجة فعالة للمادة المرتشحة بالكربون المنشط، من المهم جدًا فهم آلية معالجة المادة المرتشحة. ومع ذلك، فإن آلية معالجة المادة المرتشحة بالكربون المنشط لا تزال غير واضحة. وعلى وجه الخصوص، فإن تأثير هيكل الكربون المنشط على معالجة المادة المرتشحة يتطلب المزيد من الدراسة.

قدم حمض الفوسفوريك الذي تنتجه شركة BLOOM Tech دعمًا للمنتج لهذه الدراسة

يتمتع حمض الفوسفوريك كعامل تنشيط لتحضير الكربون المنشط بمزايا الحد الأدنى من التأثيرات البيئية وسهولة الاسترداد. هنا، تم استخدام الفحم الحيوي المنشط المحضر من قشر الأرز عن طريق تنشيط حمض الفوسفوريك بنجاح لمعالجة المادة المرتشحة في مدافن النفايات. أدت المعالجات اللاحقة بواسطة NaOH وHCl إلى إزالة السيليكا والرماد من الفحم الحيوي تمامًا، مما أدى إلى حدوث تشققات وفتح المسام. علاوة على ذلك، يمكن لحمض الفوسفوريك، بصفته حاكم التنشيط، تحضير الكربون المنشط بمجموعات فسفورية وفيرة على السطح. ركزت الدراسة الحالية على تحليل أداء عينات الكربون المعالجة بشكل مختلف في معالجة المادة المرتشحة في مكب النفايات، مما يكشف عن الأدوار المحتملة لأنواع الفسفور المتكونة في الفحم الحيوي المنشط في معالجة المادة المرتشحة. تمت أيضًا مناقشة إمكانية تطبيق النماذج الحركية وتساوي درجة حرارة الامتزاز لمعالجة المادة المرتشحة على الفحم الحيوي المنشط بحمض الفوسفوريك (H3PO4-الفحم الحيوي المنشط). لقد قدمت رؤى مهمة لفهم آلية المعالجة الفعالة لمياه الصرف الصحي وإعداد الفحم الحيوي المنشط عالي الأداء باستخدام مخلفات النفايات الزراعية. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام مخلفات النفايات الزراعية لتحضير مادة كربونية عالية الأداء في معالجة المادة المرتشحة من مدافن النفايات يتوافق مع مفهوم الكيمياء الخضراء المستدامة.

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%) وNH4+-N (100%) لديها معدل إزالة أعلى. أظهرت الدراسات الحركية أن عملية معالجة المادة المرتشحة بالكربون المنشط المحضرة بتنشيط حامض الفوسفوريك تتوافق مع حركية الدرجة الثانية الزائفة ونموذج لانجميور للامتصاص. يتم التحكم في عملية الامتزاز أولاً عن طريق انتشار الجسيمات الخارجية ثم عن طريق انتشار الجسيمات الداخلية. في عملية معالجة المادة المرتشحة بالكربون المنشط، تكون المركبات العضوية الرئيسية الممتزة هي مواد حمض الدبالية، ويتم التأكيد على دور أنواع الفسفور المتكونة في الكربون المنشط. يمكن لأنواع الفسفور المتكونة في الكربون المنشط أن تضبط وتتحكم بشكل فعال في خصائص وبنية الكربون المنشط، بحيث يكون الهيكل المسامي الصغير المتكون في الكربون المنشط ملائمًا لامتصاص مواد حمض الدبالية. بالإضافة إلى الخصائص المسامية للكربون المنشط، وجد أن الروابط الهيدروجينية وتفاعلات pp بين أنواع الفسفور المتكونة في الكربون المنشط وأنواع حمض الهيوميك هي عوامل مهمة في المعالجة الفعالة للعصارة. توضح نتائج البحث المذكورة أعلاه آلية الكربون المنشط المحضر بتنشيط حمض الفوسفوريك من أجل المعالجة الفعالة لعصارة مدافن النفايات، على أمل تقديم أدلة لمعالجة المياه العادمة بكفاءة في الصناعة.

مواد

تم الحصول على حمض الفوسفوريك المقدم من شركة Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd.. وتم الحصول على الفحم الحيوي من شركة Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd في الصين، حيث تم إنتاجه بعد تحويل قشر الأرز إلى زيت حيوي عند درجة حرارة 400 درجة في مفاعل الطبقة المميعة. تم شراء NaOH (AR) وHCl (36%-38%) وH3PO4 (85%) من مصنع Chengdu Kelong Chemical Regent في الصين دون مزيد من التنقية. تم الحصول على المادة المرتشحة من مكب النفايات من موقع مكب النفايات الصلبة التابع للبلدية في لوداي، تشنغدو، مقاطعة سيتشوان، الصين. قبل الاستخدام، تم ترشيحه بواسطة غشاء الصوديوم.

خاتمة

درس العمل الحالي أداء الفحم الحيوي المنشط بحمض الفوسفوريك من قشر الأرز لمعالجة المادة المرتشحة في مدافن النفايات، من أجل رفع جودتها إلى معايير التفريغ. تم اتباع نموذج امتزاز الملوثات لنموذج لانجميور الأيسوثرم ونموذج حركية الدرجة الثانية الزائفة. لا تستطيع أنواع الفوسفور في الفحم الحيوي المنشط ضبط الخصائص التركيبية للكربون والتحكم فيها فحسب، بل تتفاعل أيضًا مع المجموعات الوظيفية لحمض الهيوميك في المادة المرتشحة عبر الهيدروجين.