Fosforzuur, met de chemische formule H3PO4, is een polyprotisch zuur dat verschillende chemische eigenschappen vertoont. Het is een kleurloze, geurloze en stroperige vloeistof, oplosbaar in water en in staat meerdere reeksen zouten te vormen. De zuursterkte van fosforzuur hangt af van de concentratie; verdunde oplossingen zijn zwak zuur, terwijl geconcentreerde oplossingen sterker zuur zijn. Het reageert krachtig met basen, metalen en oxiden, waarbij warmte vrijkomt en overeenkomstige fosfaten worden gevormd. Bovendien kan fosforzuur veresteringsreacties ondergaan met alcoholen en dehydratatiereacties met koolhydraten. Deze eigenschappen dragen bij aan het wijdverbreide gebruik van fosforzuur in verschillende industrieën, waaronder meststoffen, voedseladditieven en wasmiddelen.
Onderzoek naar fosforzuur biedt een milieuvriendelijkere oplossing voor de behandeling van percolaat van stortplaatsen
Met de ontwikkeling van de economie en de toenemende stedelijke bevolking blijft de productie van vast afval toenemen. De stortmethode is een technologie voor de verwijdering van vast afval die veel wordt gebruikt in binnen- en buitenland. Tijdens het stortproces zal er echter een grote hoeveelheid percolaat vrijkomen. Percolaat verwijst naar het hooggeconcentreerde rioolwater dat tijdens het stortproces wordt uitgefilterd als gevolg van de erosie van fermentatie en neerslag, en het doordrenken van oppervlaktewater en grondwater. Als deze percolaten rechtstreeks worden geloosd zonder de juiste behandeling, zullen ze een bedreiging vormen voor het ecologische milieu en de menselijke gezondheid. Omdat er in het percolaat enkele organische stoffen zitten die moeilijk afbreekbaar zijn, zijn traditionele biologische zuiveringsmethoden niet geschikt voor de behandeling van dit soort organische stoffen. Daarom hebben fysisch-chemische technologieën zoals ionenuitwisseling, membraanfiltratie en adsorptiemethoden voordelen getoond bij de behandeling van percolaat. De afgelopen jaren heeft de adsorptiemethode met actieve kool de aandacht van veel onderzoekers getrokken. Bovendien is dit soort actieve kool, bereid uit biomassa uit landbouwafval om afvalwater te behandelen, bevorderlijk voor de ontwikkeling van duurzame chemie en milieubescherming. Om een efficiënte behandeling van percolaat met actieve kool te bereiken, is het erg belangrijk om het behandelingsmechanisme van percolaat te begrijpen. Het mechanisme voor de behandeling van percolaat met actieve kool is echter nog steeds onduidelijk. Met name de impact van de structuur van actieve kool op de percolaatbehandeling vereist verder onderzoek.
Fosforzuur geproduceerd door BLOOM Tech leverde productondersteuning voor dit onderzoek
Fosforzuur als activeringsmiddel voor de bereiding van actieve kool heeft de voordelen van minimale milieueffecten en gemakkelijke terugwinning. Hierin werden de geactiveerde biochars bereid uit rijstschillen door fosforzuuractivering met succes gebruikt voor de behandeling van percolaat van stortplaatsen. De daaropvolgende voorbehandelingen met NaOH en HCl verwijderden het silica en de as grondig uit biochar, wat leidde tot scheuren en het openen van poriën. Bovendien zou het fosforzuur als activeringsregent actieve kool kunnen bereiden met overvloedige fosforgroepen op het oppervlak. De huidige studie concentreerde zich op het analyseren van de prestaties van verschillende behandelde koolstofmonsters op de percolaatbehandeling van stortplaatsen, waarbij de mogelijke rol werd onthuld van fosforsoorten gevormd in geactiveerde biochar bij de percolaatbehandeling. De toepasbaarheid van kinetische modellen en adsorptie-isothermen voor de behandeling van percolaat op fosforzuur-geactiveerde biochar (H3PO4-geactiveerde biochar) werd ook besproken. Het leverde belangrijke inzichten op om het efficiënte behandelingsmechanisme van afvalwater te begrijpen en hoogwaardige geactiveerde biochar te bereiden met behulp van landbouwafvalresten. Bovendien sloot het gebruik van landbouwafvalresiduen voor de bereiding van hoogwaardig koolstofmateriaal bij de behandeling van percolaat van stortplaatsen aan bij het concept van duurzame groene 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%), CZV (~80%) en NH4+-N (100%) hebben een hoger verwijderingspercentage. Kinetische studies hebben aangetoond dat het proces van het behandelen van percolaat met actieve kool, bereid door fosforzuuractivering, voldoet aan de pseudo-tweede-orde kinetiek en het Langmuir-adsorptiemodel. Het adsorptieproces wordt eerst gecontroleerd door externe deeltjesdiffusie en vervolgens door interne deeltjesdiffusie. Bij het proces van actieve koolbehandeling van percolaat zijn de belangrijkste geadsorbeerde organische verbindingen humuszuurstoffen, en de rol van fosforsoorten gevormd in actieve kool wordt benadrukt. De in de actieve kool gevormde fosforsoort kan de eigenschappen en structuur van de actieve kool effectief aanpassen en controleren, zodat de in de actieve kool gevormde microporeuze structuur bevorderlijk is voor de adsorptie van humuszuurstoffen. Naast de poriekarakteristieken van actieve kool bleken de waterstofbinding en pp-interacties tussen de fosforsoorten gevormd in de actieve kool en de humuszuursoorten belangrijke factoren te zijn bij de effectieve behandeling van percolaat. De bovenstaande onderzoeksresultaten verduidelijken het mechanisme van actieve kool, bereid door fosforzuuractivering voor een efficiënte behandeling van percolaat van stortplaatsen, in de hoop aanwijzingen te geven voor een efficiënte behandeling van afvalwater in de industrie.
Materialen
Fosforzuur aangeboden door Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biochar werd verkregen van Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd in China, waar het werd geproduceerd na de omzetting van rijstschillen in bio-olie bij 400 graden in een wervelbedreactor. NaOH (AR), HCl (36% –38%) en H3PO4 (85%) werden zonder verdere zuivering gekocht bij Chengdu Kelong Chemical Regent Factory in China. Het percolaat van de stortplaats werd verkregen van de gemeentelijke stortplaats voor vast afval in Luodai, Chengdu, provincie Sichuan, China. Vóór gebruik werd het gefilterd door een natriummembraan.
Conclusie
Het huidige werk bestudeerde de prestaties van door fosforzuur geactiveerde biochars uit rijstschillen voor de behandeling van percolaat van stortplaatsen, om de kwaliteit ervan op lozingsnormen te brengen. De adsorptie van verontreinigende stoffen volgde het Langmuir-isothermmodel en de pseudo-tweede orde kinetiekmodellen. De fosforsoort van geactiveerde biochar kon niet alleen de textuureigenschappen van koolstof aanpassen en controleren, maar ook via waterstof interageren met de functionele groepen van humuszuur in het percolaat.