リン酸化学式 H3PO4 を持つ、独特の化学的特性を示す多塩基酸です。 無色、無臭の粘稠な液体で、水に溶け、複数の塩を形成することができます。 リン酸の酸性の強さはその濃度に依存します。 希釈した溶液は弱酸性ですが、濃縮した溶液はより強い酸性になります。 塩基、金属、酸化物と激しく反応し、熱を放出し、対応するリン酸塩を形成します。 さらに、リン酸はアルコールとのエステル化反応や炭水化物との脱水反応を起こす可能性があります。 これらの特性により、リン酸は肥料、食品添加物、洗剤などのさまざまな産業で広く使用されています。
リン酸の研究により、埋め立て浸出水の処理に、より環境に優しいソリューションが提供される
経済の発展と都市人口の増加に伴い、固形廃棄物の生産は増加し続けています。 埋立法は、国内外で一般的に使用されている固形廃棄物処理技術です。 しかし、埋め立ての過程では大量の浸出水が発生します。 浸出水とは、埋め立て処理中に発酵と沈殿による浸食、地表水と地下水の浸漬によりろ過された高濃度の下水を指します。 これらの浸出液が適切な処理を行わずに直接排出されると、生態環境と人間の健康に脅威を与えることになります。 浸出水中には分解しにくい有機物が存在するため、この種の有機物の処理には従来の生物処理法は適していません。 したがって、イオン交換、膜ろ過、吸着法などの物理化学的技術が浸出水処理に利点を示しています。 近年、活性炭吸着法が多くの研究者から注目を集めています。 さらに、廃水を処理するために農業廃棄物バイオマスから調製されるこの種の活性炭は、持続可能な化学の発展と環境保護に貢献します。 活性炭による浸出水の効率的な処理を実現するには、浸出水の処理メカニズムを理解することが非常に重要です。 しかし、活性炭が浸出水を処理するメカニズムはまだ不明です。 特に、活性炭の構造が浸出水処理に与える影響については、さらなる研究が必要です。
BLOOM Tech が製造したリン酸がこの研究に製品サポートを提供しました
活性炭製造用の活性化剤としてのリン酸は、環境への影響が最小限であり、回収が容易であるという利点があります。 ここでは、リン酸活性化によってもみ殻から調製された活性化バイオ炭が埋め立て浸出水の処理に使用されることに成功しました。 その後の NaOH と HCl による前処理により、バイオ炭からシリカと灰が完全に除去され、亀裂や細孔の開口が生じました。 さらに、活性化試薬としてリン酸を使用すると、表面に豊富なリン基を有する活性炭を調製できます。 本研究は、埋め立て浸出水処理におけるさまざまに処理された炭素サンプルの性能の分析に焦点を当て、浸出水処理における活性化バイオ炭で形成されるリン種の考えられる役割を明らかにしました。 リン酸活性化バイオ炭（H3PO4-活性化バイオ炭）の浸出水処理に対する速度論モデルと吸着等温線の適用性についても議論されました。 これは、廃水の効率的な処理メカニズムを理解し、農業廃棄物残留物を使用して高性能活性バイオ炭を調製するための重要な洞察を提供しました。 さらに、埋め立て浸出水の処理における高性能炭素材料の調製のための農業廃棄物残留物の利用は、持続可能なグリーンケミストリーの概念に準拠しました。
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%)、NH4+-N (100%) の除去率が高くなります。 速度論的研究は、リン酸活性化によって調製された活性炭で浸出水を処理するプロセスが、擬似二次速度論およびラングミュア吸着モデルに適合することを示した。 吸着プロセスは、まず外部粒子拡散によって制御され、次に内部粒子拡散によって制御されます。 浸出水の活性炭処理の過程で吸着される主な有機化合物はフミン酸物質であり、活性炭内で形成されるリン種の役割が重要視されている。 活性炭内に形成されるリン種は、活性炭の特性および構造を効果的に調整および制御することができ、その結果、活性炭内に形成される微細孔構造がフミン酸物質の吸着に役立つ。 活性炭の細孔特性に加えて、活性炭内に形成されるリン種とフミン酸種の間の水素結合とpp相互作用が浸出水の効果的な処理において重要な要素であることが判明した。 以上の研究成果は、埋立浸出水を効率的に処理するためのリン酸賦活活性炭のメカニズムを解明し、産業における廃水の効率的な処理の糸口となることが期待されます。
材料
リン酸はShaanxi BLOOM Tech Co., Ltd.から提供されました。バイオ炭は中国のChongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltdから入手し、流動床反応器内で400度で籾殻をバイオオイルに変換した後に製造されました。 NaOH (AR)、HCl (36% ～ 38%)、および H3PO4 (85%) は、中国の成都 Kelong Chemical Regent Factory からさらに精製せずに購入しました。 埋め立て浸出水は、中国四川省成都市羅台市の都市固形廃棄物埋め立て地から得られました。 使用前にナトリウム膜で濾過した。
結論
本研究では、その品質を排出基準に合わせるために、埋め立て浸出水の処理における籾殻からのリン酸活性化バイオ炭の性能を研究した。 汚染物質の吸着は、ラングミュア等温線モデルと擬似二次反応速度論モデルに従いました。 活性化バイオ炭のリン種は、炭素の組織特性を調整および制御できるだけでなく、水素を介して浸出液中のフミン酸の官能基と相互作用することもできます。