Kyselina fosforečná, s chemickým vzorcem H3PO4, je polyprotická kyselina, která vykazuje odlišné chemické vlastnosti. Je to bezbarvá, viskózní kapalina bez zápachu, rozpustná ve vodě a schopná tvořit několik sérií solí. Kyselá síla kyseliny fosforečné závisí na její koncentraci; zředěné roztoky jsou slabě kyselé, zatímco koncentrované jsou silněji kyselé. Intenzivně reaguje s bázemi, kovy a oxidy, uvolňuje teplo a tvoří odpovídající fosfáty. Kromě toho může kyselina fosforečná podstoupit esterifikační reakce s alkoholy a dehydratační reakce s uhlohydráty. Tyto vlastnosti přispívají k širokému použití kyseliny fosforečné v různých průmyslových odvětvích, včetně hnojiv, potravinářských přísad a detergentů.
Výzkum kyseliny fosforečné poskytuje ekologičtější řešení pro úpravu výluhu ze skládek
S rozvojem ekonomiky a přibývajícím městským obyvatelstvem se produkce tuhého odpadu stále zvyšuje. Metoda skládkování je technologie likvidace pevného odpadu běžně používaná doma i v zahraničí. Během procesu skládkování však vznikne velké množství výluhu. Průsakem se rozumí odpadní voda s vysokou koncentrací odfiltrovaná během procesu skládkování v důsledku eroze fermentace a srážek a prosáknutí povrchové a podzemní vody. Pokud budou tyto výluhy přímo vypouštěny bez řádné úpravy, budou představovat hrozbu pro ekologické prostředí a lidské zdraví. Vzhledem k tomu, že ve výluhu jsou některé organické látky, které se obtížně odbourávají, nejsou tradiční biologické způsoby čištění pro úpravu tohoto typu organických látek vhodné. Proto fyzikálně-chemické technologie, jako je iontová výměna, membránová filtrace a adsorpční metody, prokázaly výhody při úpravě výluhu. V posledních letech přitahuje pozornost mnoha výzkumníků metoda adsorpce aktivního uhlí. Navíc tento druh aktivního uhlí připraveného ze zemědělské odpadní biomasy k čištění odpadních vod přispívá k rozvoji udržitelné chemie a ochrany životního prostředí. Pro dosažení účinné úpravy výluhu aktivním uhlím je velmi důležité porozumět mechanismu úpravy výluhu. Mechanismus úpravy výluhu aktivním uhlím je však stále nejasný. Zejména vliv struktury aktivního uhlí na úpravu výluhu vyžaduje další studium.
Produktovou podporu pro tuto studii poskytla kyselina fosforečná vyráběná společností BLOOM Tech
Kyselina fosforečná jako aktivační činidlo pro přípravu aktivního uhlí má výhody minimálních dopadů na životní prostředí a snadné regenerace. Zde byly aktivované biouhly připravené z rýžových slupek aktivací kyselinou fosforečnou úspěšně použity pro úpravu skládkových výluhů. Následná předúprava NaOH a HCl důkladně odstranila oxid křemičitý a popel z biouhlu, což vedlo k prasklinám a otevření pórů. Kromě toho by kyselina fosforečná jako aktivační činidlo mohla připravit aktivní uhlí s hojnými fosforovými skupinami na povrchu. Předkládaná studie se zaměřila na analýzu účinnosti různě upravených vzorků uhlíku při úpravě výluhu ze skládek, přičemž odhalila možné role fosforových druhů tvořících se v aktivovaném biouhlu při úpravě výluhu. Diskutována byla také použitelnost kinetických modelů a adsorpčních izoterm pro úpravu výluhu na biouhlu aktivovaném kyselinou fosforečnou (H3PO4-aktivovaný biouhel). Poskytla důležité poznatky pro pochopení účinného mechanismu čištění odpadních vod a přípravu vysoce účinného aktivovaného biouhlu pomocí zbytků zemědělského odpadu. Využití zbytků zemědělského odpadu pro přípravu vysoce výkonného uhlíkového materiálu při úpravě výluhu ze skládek se navíc drželo konceptu udržitelné zelené 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 %), CHSK (~80 %) a NH4+-N (100 %) mají vyšší rychlost odstraňování. Kinetické studie ukázaly, že proces úpravy výluhu aktivním uhlím připraveným aktivací kyselinou fosforečnou odpovídá kinetice pseudo-druhého řádu a Langmuirově adsorpčnímu modelu. Proces adsorpce je nejprve řízen vnější difúzí částic a poté vnitřní difúzí částic. V procesu úpravy výluhu aktivním uhlím jsou hlavními adsorbovanými organickými sloučeninami látky huminových kyselin a je zdůrazněna úloha forem fosforu vznikajících v aktivním uhlí. Druhy fosforu vytvořené v aktivním uhlí mohou účinně upravovat a řídit vlastnosti a strukturu aktivního uhlí, takže mikroporézní struktura vytvořená v aktivním uhlí přispívá k adsorpci látek huminových kyselin. Kromě vlastností pórů aktivního uhlí bylo zjištěno, že vodíkové vazby a interakce pp mezi druhy fosforu vytvořenými v aktivním uhlí a druhy huminových kyselin jsou důležitými faktory při účinném zpracování výluhu. Výše uvedené výsledky výzkumu objasňují mechanismus aktivního uhlí připraveného aktivací kyselinou fosforečnou pro účinnou úpravu výluhu ze skládek s nadějí, že poskytnou vodítka pro účinné čištění odpadních vod v průmyslu.
Materiály
Kyselina fosforečná nabízená společností Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. Biouhel byl získán od Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd v Číně, kde byl vyroben po přeměně rýžových slupek na bio-olej při 400 stupních v reaktoru s fluidním ložem. NaOH (AR), HCl (36 %–38 %) a H3PO4 (85 %) byly zakoupeny od Chengdu Kelong Chemical Regent Factory v Číně bez dalšího čištění. Výluh ze skládky byl získán ze skládky pevného komunálního odpadu v Luodai, Chengdu, provincie Sichuan, Čína. Před použitím byl filtrován sodíkovou membránou.
Závěr
Tato práce studovala účinnost biouhlu aktivovaného kyselinou fosforečnou z rýžových slupek pro úpravu výluhu ze skládek, aby jeho kvalita odpovídala standardům vypouštění. Adsorpce polutantů sledovala Langmuirův izotermický model a kinetické modely pseudo-druhého řádu. Fosforové druhy aktivovaného biouhlu mohly nejen upravovat a řídit texturní vlastnosti uhlíku, ale také interagovat s funkčními skupinami huminové kyseliny ve výluhu prostřednictvím vodíku.