活性炭降低魚塘水中氨含量

　　在淡水魚養(yǎng)殖活動(dòng)中，水質(zhì)往往成為養(yǎng)殖者最關(guān)心的問(wèn)題，因?yàn)樗�影響魚類的生理健康并影響池塘的整體生產(chǎn)力。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和高產(chǎn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖，了解和管理養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)非常重要。氨(NH3)是水中存在的化合物之一，如果濃度過(guò)高，會(huì)變得有毒性，給養(yǎng)魚戶帶來(lái)問(wèn)題。本研究旨在使用的活性炭吸附劑降低氨(NH3)水平。

　　水質(zhì)最重要的參數(shù)之一是池塘中的氨水平。氨是一種氮化合物，如果在水產(chǎn)養(yǎng)殖水中高濃度存在，可能對(duì)魚類有毒。淡水中的氨含量可能來(lái)自多種來(lái)源，包括魚類廢物、未消耗的飼料和魚類新陳代謝。水中高氨含量會(huì)導(dǎo)致淡水魚養(yǎng)殖出現(xiàn)各種問(wèn)題，例如氨毒性導(dǎo)致的生長(zhǎng)抑制和魚類應(yīng)激，這會(huì)嚴(yán)重影響?zhàn)B魚戶的經(jīng)濟(jì)。建議將0.02 mg/L的氨氮濃度作為海水養(yǎng)殖的安全限值，而將0.2mg/L的氨氮濃度視為淡水養(yǎng)殖的限值。

　　為了解決當(dāng)前的問(wèn)題，已經(jīng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，其中吸附是所采用的方法之一。由于其簡(jiǎn)單、有效且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，吸附被認(rèn)為是一種早期且高效的方法。人們已經(jīng)探索了各種類型的吸附劑來(lái)降低水中的氨含量，包括活性炭、螯合材料、沸石、生物吸附劑、MOF和類似物質(zhì)]。活性炭是碳基材料的一個(gè)子集，經(jīng)常用作吸附劑，并具有特定的優(yōu)點(diǎn)，例如巨大的表面積、復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)、卓越的吸附能力、多功能的化學(xué)穩(wěn)定性和官能團(tuán)。

　　活性炭的制備

　　果殼用作生產(chǎn)活性炭的原料。在果殼廢料的合成過(guò)程中，第一步是將殼在陽(yáng)光下干燥3小時(shí)。然后將干燥的果殼在350℃的溫度下碳化2小時(shí)。隨后使用研缽將碳化的果殼研磨成粉末，然后過(guò)100目篩。樣品制備首先稱量肉豆蔻殼粉末和預(yù)定的1M-HCl溶液。接下來(lái)，用1M-HCl溶液將粉末活化24小時(shí)。活化后，活性炭過(guò)濾并用蒸餾水洗滌，直至pH值變?yōu)橹行�。一旦pH值為中性，活性炭就會(huì)在110℃的溫度下煅燒1小時(shí)。煅燒后，來(lái)自肉豆蔻殼的碳在惰性氣體氣氛(氮?dú)?中在600℃、650℃和700℃的溫度下退火2小時(shí)。然后用蒸餾水洗滌所得結(jié)果以除去金屬化合物。氨(NH3)水平降低最多的樣品將根據(jù)下面的圖1進(jìn)行表征。

　　圖1：活性炭制備方案。

　　活性炭吸附氨(NH3)的研究

　　從測(cè)試結(jié)果可以看出，在700℃溫度下，吸附劑質(zhì)量為6g，濃度為0.2mg/L，降低百分比為90%。氨(NH3)濃度的降低與質(zhì)量變化的增加和活化溫度的升高成正比。吸附劑質(zhì)量越大且溫度越高，氨(NH3)濃度降低得越多。在圖2中，顯示了活性炭的吸附容量值。因此，可以得出結(jié)論，吸附劑質(zhì)量為2g、溫度為700℃時(shí)達(dá)到最高吸附容量，即0.06 mg/g。然而，盡管700℃下6g吸附劑質(zhì)量顯示出氨(NH3)濃度百分比降低，但與700℃下2g吸附劑質(zhì)量相比，其吸附容量仍然較低，為0.03mg/g。這是由于NH3吸附過(guò)程是由分子間相互作用驅(qū)動(dòng)的，例如靜電引力、氫鍵、范德華相互作用等。此外，結(jié)果表明，源自肉豆蔻殼的活性炭可以有效降低氨(NH3)水平。那么活性炭具有良好的穩(wěn)定性，并通過(guò)吸附容量值證明。

　　圖2：活性炭吸附能力圖。

　　形態(tài)和元素組成分析

　　掃描電子顯微鏡-電子色散X射線(SEM-EDX)是用于各類材料形態(tài)和化學(xué)表征的重要分析儀器。SEM-EDX元素圖通常作為圖像使用和處理，從而展平和減少EDX數(shù)據(jù)中包含的光譜信息。SEM分析結(jié)果表明活性炭顆粒呈不規(guī)則排列且分散。此外，樣品中發(fā)生團(tuán)聚，形成具有相對(duì)低多孔表面的球形形狀。這將影響吸附能力的有效性，如圖3a所示。

　　圖3：(a)活性炭的形態(tài)結(jié)構(gòu)，(b)元素C、O和Co的分布圖，(c)樣品中元素組成值表，(d)樣品中元素組成值圖。

　　此外，EDX分析結(jié)果表明碳含量高(C=79.78%)和化學(xué)結(jié)合氧(O=19.75%)，如圖1和2所示。5c和5d。還存在少量鈷(Co=0.46%)，它是在碳化過(guò)程中出現(xiàn)的并且沒(méi)有得到最佳轉(zhuǎn)化，并且樣品洗滌過(guò)程也不是最佳的。下圖中，顯示了樣品的元素分布圖，其中碳為紅色，氧為綠色，鈷為藍(lán)色，分布均勻，如圖3b所示。這會(huì)影響吸附孔隙結(jié)構(gòu)的形成。

　　活性炭降低魚塘水中氨含量，發(fā)現(xiàn)使用活性炭的吸附機(jī)制主要由靜電吸引和離子交換驅(qū)動(dòng)。吸附能力的高低通常受到每種材料的表面積和孔徑的影響。然而，表面狀況并不是影響吸附的唯一因素。另一個(gè)可能影響它的因素是材料上官能團(tuán)的可用性不斷增加。官能團(tuán)在吸附中的重要性已在其他研究中得到闡明。使用 HCl 在活性炭上的吸附機(jī)制涉及HCl中存在的離子協(xié)助轉(zhuǎn)化為二氧化碳、碳酸鹽和其他碳化合物。這有助于增強(qiáng)孔隙結(jié)構(gòu)和表面積，這是提高氨(NH3)吸附能力的重要因素。此外，與其他研究相比，活性炭對(duì)氨(NH3)的吸附表現(xiàn)出良好的吸附性能。

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