Ácido fosfórico, con la fórmula química H3PO4, es un ácido poliprótico que presenta características químicas distintas. Es un líquido incoloro, inodoro y viscoso, soluble en agua y capaz de formar múltiples series de sales. La fuerza ácida del ácido fosfórico depende de su concentración; Las soluciones diluidas son débilmente ácidas, mientras que las concentradas son más fuertemente ácidas. Reacciona vigorosamente con bases, metales y óxidos, liberando calor y formando los correspondientes fosfatos. Además, el ácido fosfórico puede sufrir reacciones de esterificación con alcoholes y reacciones de deshidratación con carbohidratos. Estas propiedades contribuyen al uso generalizado del ácido fosfórico en diversas industrias, incluidas las de fertilizantes, aditivos alimentarios y detergentes.
La investigación sobre el ácido fosfórico proporciona una solución más respetuosa con el medio ambiente para el tratamiento de lixiviados de vertederos
Con el desarrollo de la economía y el aumento de la población urbana, la producción de residuos sólidos sigue aumentando. El método de vertedero es una tecnología de eliminación de residuos sólidos comúnmente utilizada en el país y en el extranjero. Sin embargo, durante el proceso de vertedero se producirá una gran cantidad de lixiviados. El lixiviado se refiere a las aguas residuales de alta concentración filtradas durante el proceso del vertedero debido a la erosión de la fermentación y la precipitación, y al empapado de aguas superficiales y subterráneas. Si estos lixiviados se vierten directamente sin el tratamiento adecuado, representarán una amenaza para el medio ambiente ecológico y la salud humana. Dado que existen algunas sustancias orgánicas difíciles de degradar en el lixiviado, los métodos de tratamiento biológico tradicionales no son adecuados para el tratamiento de este tipo de sustancias orgánicas. Por lo tanto, las tecnologías fisicoquímicas como el intercambio iónico, la filtración por membrana y los métodos de adsorción han mostrado ventajas en el tratamiento de lixiviados. En los últimos años, el método de adsorción con carbón activado ha atraído la atención de muchos investigadores. Además, este tipo de carbón activado preparado a partir de biomasa de residuos agrícolas para tratar aguas residuales favorece el desarrollo de una química sostenible y la protección del medio ambiente. Para lograr un tratamiento eficiente del lixiviado con carbón activado, es muy importante comprender el mecanismo de tratamiento del lixiviado. Sin embargo, el mecanismo del tratamiento del lixiviado con carbón activado aún no está claro. En particular, el impacto de la estructura del carbón activado en el tratamiento de lixiviados requiere más estudios.
El ácido fosfórico producido por BLOOM Tech proporcionó soporte de producto para este estudio.
El ácido fosfórico como agente activador para la preparación de carbón activado tiene las ventajas de un impacto ambiental mínimo y una fácil recuperación. En este documento, los biocarbón activados preparados a partir de cáscara de arroz mediante activación con ácido fosfórico se utilizaron con éxito para el tratamiento de lixiviados de vertederos. Los tratamientos previos posteriores con NaOH y HCl eliminaron completamente la sílice y las cenizas del biocarbón, lo que provocó grietas y apertura de poros. Además, el ácido fosfórico como regente de activación podría preparar carbón activado con abundantes grupos de fósforo en la superficie. El presente estudio se centró en analizar el rendimiento de muestras de carbón tratadas de diversas formas en el tratamiento de lixiviados de vertederos, revelando las posibles funciones de las especies de fósforo formadas en el biocarbón activado en el tratamiento de lixiviados. También se discutió la aplicabilidad de los modelos cinéticos y las isotermas de adsorción para el tratamiento de lixiviados en biocarbón activado con ácido fosfórico (biocarbón activado con H3PO4-). Aportó conocimientos importantes para comprender el mecanismo de tratamiento eficiente de las aguas residuales y preparar biocarbón activado de alto rendimiento utilizando residuos de residuos agrícolas. Además, la utilización de residuos agrícolas para la preparación de material de carbono de alto rendimiento en el tratamiento de lixiviados de vertederos se adhirió al concepto de química verde sostenible.
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%), DQO (~80%) y NH4+-N (100%) tienen una tasa de eliminación más alta. Los estudios cinéticos han demostrado que el proceso de tratamiento de lixiviados con carbón activado preparado mediante activación con ácido fosfórico se ajusta a la cinética de pseudo segundo orden y al modelo de adsorción de Langmuir. El proceso de adsorción se controla primero por difusión externa de partículas y luego por difusión interna de partículas. En el proceso de tratamiento de lixiviados con carbón activado, los principales compuestos orgánicos adsorbidos son sustancias de ácido húmico, y se enfatiza el papel de las especies de fósforo formadas en el carbón activado. Las especies de fósforo formadas en el carbón activado pueden ajustar y controlar eficazmente las características y la estructura del carbón activado, de modo que la estructura microporosa formada en el carbón activado favorece la adsorción de sustancias de ácido húmico. Además de las características de los poros del carbón activado, se encontró que los enlaces de hidrógeno y las interacciones pp entre las especies de fósforo formadas en el carbón activado y las especies de ácidos húmicos son factores importantes en el tratamiento eficaz del lixiviado. Los resultados de la investigación anterior aclaran el mecanismo del carbón activado preparado mediante activación con ácido fosfórico para el tratamiento eficiente de lixiviados de vertederos, con la esperanza de proporcionar pistas para el tratamiento eficiente de aguas residuales en la industria.
Materiales
Ácido fosfórico ofrecido por Shaanxi BLOOM Tech Co., Ltd. El biocarbón se obtuvo de Chongqing Jinhuan Biomass Energy Co. Ltd en China, donde se produjo después de la conversión de la cáscara de arroz en bioaceite a 400 grados en un reactor de lecho fluidizado. NaOH (AR), HCl (36% –38%) y H3PO4 (85%) se compraron en Chengdu Kelong Chemical Regent Factory en China sin purificación adicional. El lixiviado del vertedero se obtuvo del vertedero municipal de residuos sólidos en Luodai, Chengdu, provincia de Sichuan, China. Antes de su uso, se filtró mediante una membrana de sodio.
Conclusión
El presente trabajo estudió el desempeño de biocarbón activado con ácido fosfórico a partir de cáscara de arroz para el tratamiento de lixiviados de vertederos, con el fin de llevar su calidad a los estándares de vertido. La adsorción de contaminantes siguió el modelo isotérmico de Langmuir y los modelos cinéticos de pseudo segundo orden. Las especies de fósforo del biocarbón activado no sólo podrían ajustar y controlar las propiedades texturales del carbono, sino también interactuar con los grupos funcionales del ácido húmico en el lixiviado a través del hidrógeno.