Fosforna kiselina, s kemijskom formulom H3PO4, poliprotična je kiselina koja pokazuje različita kemijska svojstva. To je bezbojna, viskozna tekućina bez mirisa, topljiva u vodi i sposobna formirati višestruke serije soli. Kisela snaga fosforne kiseline ovisi o njezinoj koncentraciji; razrijeđene otopine su slabo kisele, dok su koncentrirane jače kisele. Snažno reagira s bazama, metalima i oksidima, oslobađajući toplinu i stvarajući odgovarajuće fosfate. Dodatno, fosforna kiselina može biti podvrgnuta reakcijama esterifikacije s alkoholima i reakcijama dehidracije s ugljikohidratima. Ova svojstva pridonose širokoj upotrebi fosforne kiseline u raznim industrijama, uključujući gnojiva, prehrambene aditive i deterdžente.
Istraživanje fosforne kiseline pruža ekološki prihvatljivije rješenje za obradu procjednih voda s deponija
S razvojem gospodarstva i povećanjem urbanog stanovništva, proizvodnja krutog otpada nastavlja rasti. Metoda odlaganja otpada je tehnologija zbrinjavanja krutog otpada koja se obično koristi u zemlji i inozemstvu. Međutim, tijekom procesa odlagališta proizvest će se velika količina procjedne vode. Procjedne vode se odnose na otpadne vode visoke koncentracije filtrirane tijekom procesa odlagališta uslijed erozije fermentacije i oborina te natapanja površinskih i podzemnih voda. Ako se te procjedne vode izravno ispuštaju bez odgovarajućeg tretmana, predstavljat će prijetnju ekološkom okolišu i ljudskom zdravlju. Budući da postoje neke organske tvari koje se teško razgrađuju u procjednoj vodi, tradicionalne metode biološke obrade nisu prikladne za obradu ove vrste organskih tvari. Stoga su fizikalno-kemijske tehnologije kao što su ionska izmjena, membranska filtracija i adsorpcijske metode pokazale prednosti u obradi procjednih voda. Posljednjih godina, metoda adsorpcije aktivnim ugljenom privukla je pozornost mnogih istraživača. Štoviše, ova vrsta aktivnog ugljena pripremljenog iz biomase poljoprivrednog otpada za obradu otpadnih voda pogoduje razvoju održive kemije i zaštiti okoliša. Kako bi se postigla učinkovita obrada procjedne vode aktivnim ugljenom, vrlo je važno razumjeti mehanizam obrade procjedne vode. Međutim, mehanizam obrade procjedne vode aktivnim ugljenom još uvijek nije jasan. Konkretno, utjecaj strukture aktivnog ugljena na pročišćavanje procjednih voda zahtijeva daljnja istraživanja.
Fosforna kiselina koju proizvodi BLOOM Tech pružila je podršku za ovu studiju
Fosforna kiselina kao aktivacijsko sredstvo za pripremu aktivnog ugljena ima prednosti minimalnog utjecaja na okoliš i lakog oporavka. Ovdje su aktivirani biougljeni pripremljeni od rižine ljuske aktivacijom fosfornom kiselinom uspješno korišteni za obradu procjednih voda odlagališta. Posljedični predtretmani NaOH i HCl temeljito su uklonili silicijev dioksid i pepeo iz biougljena, što je dovelo do pukotina i otvaranja pora. Štoviše, fosforna kiselina kao regent za aktivaciju može pripremiti aktivni ugljen s obilnim fosfornim skupinama na površini. Ova se studija usredotočila na analizu učinka različito tretiranih uzoraka ugljika na pročišćavanje procjednih voda od odlagališta, otkrivajući moguće uloge fosfornih vrsta nastalih u aktivnom biouglju u pročišćavanju procjednih voda. Također se raspravljalo o primjenjivosti kinetičkih modela i adsorpcijskih izotermi za pročišćavanje procjednih voda na biougljen aktiviran fosfornom kiselinom (H3PO4-aktivirani biougljen). Pružio je važne uvide u razumijevanje učinkovitog mehanizma pročišćavanja otpadnih voda i pripremu visokoučinkovitog aktiviranog biougljena korištenjem ostataka poljoprivrednog otpada. Dodatno, iskorištavanje ostataka poljoprivrednog otpada za pripremu visokoučinkovitog ugljičnog materijala u obradi procjednih voda s odlagališta u skladu je s konceptom održive zelene kemije.
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%) i NH4+-N (100%) ima veću stopu uklanjanja. Kinetičke studije su pokazale da je proces obrade procjedne vode aktivnim ugljenom pripremljenim aktivacijom fosfornom kiselinom u skladu s kinetikom pseudo-drugog reda i Langmuirovim modelom adsorpcije. Proces adsorpcije je najprije kontroliran vanjskom difuzijom čestica, a zatim unutarnjom difuzijom čestica. U procesu obrade procjedne vode aktivnim ugljenom, glavni adsorbirani organski spojevi su huminske kiseline, a ističe se uloga fosfornih vrsta koje nastaju u aktivnom ugljenu. Vrste fosfora nastale u aktivnom ugljenu mogu učinkovito prilagoditi i kontrolirati karakteristike i strukturu aktivnog ugljena, tako da mikroporozna struktura formirana u aktivnom ugljenu pogoduje adsorpciji huminskih kiselih tvari. Uz karakteristike pora aktivnog ugljena, vodikove veze i pp interakcije između vrsta fosfora nastalih u aktivnom ugljenu i vrsta huminske kiseline su važni čimbenici u učinkovitom tretmanu procjedne vode. Gore navedeni rezultati istraživanja pojašnjavaju mehanizam aktivnog ugljena pripremljenog aktivacijom fosforne kiseline za učinkovitu obradu procjednih voda s odlagališta, u nadi da će pružiti naznake za učinkovitu obradu otpadnih voda u industriji.
Materijali
Fosforna kiselina koju nudi Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biougljen je dobiven od Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd u Kini, gdje je proizveden nakon pretvorbe rižine ljuske u bio-ulje na 400 stupnjeva u reaktoru s fluidiziranim slojem. NaOH (AR), HCl (36%–38%) i H3PO4 (85%) kupljeni su od Chengdu Kelong Chemical Regent Factory u Kini bez daljnjeg pročišćavanja. Procjedne vode dobivene su s gradskog odlagališta krutog otpada u Luodaiu, Chengdu, provincija Sichuan, Kina. Prije upotrebe je filtriran natrijevom membranom.
Zaključak
U ovom radu proučavana je učinkovitost biougljena iz rižine ljuske aktiviranog fosfornom kiselinom za obradu procjednih voda s odlagališta, kako bi se njihova kvaliteta dovela do standarda ispuštanja. Adsorpcija onečišćujućih tvari slijedila je model Langmuirove izoterme i modele kinetike pseudo-drugog reda. Fosforne vrste aktiviranog biougljena ne samo da mogu prilagoditi i kontrolirati teksturna svojstva ugljika, nego također mogu komunicirati s funkcionalnim skupinama huminske kiseline u procjednoj vodi preko vodika.