[發明專利]一種吸附還原難降解污染物的金屬炭材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010249243.0
• 申請日: 2010-08-06
• 公開（公告）號: CN101920192A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 鄧述波;徐夫元;徐杰;吳敏;余剛;黃俊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J23/745;B01J23/755;B01J23/72;C02F1/28;C02F1/70;C02F101/12
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及水處理技術領域，具體涉及一種吸附還原難降解污染物的金屬炭材料的制備方法。

背景技術

伴隨著經濟的高速發展，生產生活中產生了大量的難降解污染物廢水，尤其是鹵代污染物，被廣泛應用于化工、醫藥、農藥、制革、機械、木材防腐等行業，它們通過揮發、容器泄漏、廢水排放、以及燃燒等途徑進入環境，嚴重污染了大氣、土壤、地下水和地表水，此外，我國廣泛采用的以氯為飲用水消毒劑的方法，也會產生有毒的含氯有機物如氯仿、氯代烯烴、氯代酚、醛酮氯化物等。許多有機氯化物被認為具有“致癌、致畸形、致突變”效應；同時，由于很多含氯有機物具有高揮發性和類脂物可溶性，易被皮膚、粘膜等吸收而對人體造成嚴重損害。氯代芳香烴及其衍生物中相當一部分被列為美國EPA環境優先控制污染物，更有一部分被劃分為持久性有機污染物，這類污染物對于自然條件下的生物代謝、光降解、化學分解等具有很強的抵抗能力。

利用零價金屬對鹵代污染物進行處理是利用金屬的還原性，通過原電池反應對其實施降解，可以大大降低其生物毒性，提高其可生化性，處理成本低，通過第二金屬的加入可以加速其還原效果。目前應用廣泛的零價金屬是Fe屑材料，將Fe屑、含碳物料以及金屬屑簡單混合制備構成金屬炭材料，該金屬屑為Cu屑或Ni屑，這種制備方法得到的金屬炭材料間的接觸面小，界面接觸電阻大，電子傳遞的阻力大，不利于電還原的進行，降低了還原效果，此外，這種宏觀上的混合制備方法往往會導致污染物在炭材料表面富集，而在Fe表面濃度小，很難達到微觀上吸附對還原的促進。此外，金屬屑的比表面積小，使得材料的利用率低，增加了材料的用量。并且堆填的材料容易發生板結及鈍化，影響了處理效果和使用壽命。通過流化床的方式強化傳質，可以改善金屬鈍化問題，但是流化材料密度大，流化難，所需的動力消耗大。通過流化粉體雖然容易實施，但是后步固液分離難，粉體損失嚴重，增加了處理成本。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種吸附還原難降解污染物的金屬炭材料的制備方法，通過含有Fe粉的金屬微粉、含碳物料以及粘結劑按比例混合均勻、干燥后，在擠條機上擠壓成型，在馬弗爐中進行炭化及活化處理，自然冷卻至室溫，即制成所述的吸附還原難降解污染物的金屬炭材料，本發明方法制備的金屬炭材料主要用于污水中難降解污染物鹵代污染物的處理，在同等處理條件下，是同比例同用量的含有Fe粉的金屬微粉材料對難降解污染物還原脫氯效果的4倍以上，具有比表面積大、還原活性好、制備及處理成本低的優點，另外，該材料不易板結及鈍化而延長了其使用壽命。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種吸附還原難降解污染物的金屬炭材料的制備方法，步驟如下：

步驟1：按照質量百分比稱取含有50％以上Fe粉的金屬粉50-80％、木炭粉10-40％以及煤焦油10-20％且混合均勻成為混勻物料，其中含有Fe粉的金屬粉為單一Fe粉或者Fe粉和其他金屬粉的混合物，該其他金屬粉為Cu粉或Ni粉，所述的含有50％以上Fe粉的金屬粉的顆粒大小為200-300目，所述的木炭粉的顆粒大小為200-300目；

步驟2：將所述的混勻物料干燥12h，在擠條機上按預設的形狀擠壓成型后，在濃度為95-99.999％的N₂保護下于馬弗爐中進行炭化，炭化溫度控制在400-500℃，炭化時間1-3h，之后再將其于濃度為95-99.999％的CO₂氣體下進行活化，活化溫度控制為500-1200℃，活化時間1-5h，活化結束自然冷卻至室溫，即將所述的混勻物料制成所述的吸附還原難降解污染物的金屬炭材料。

所述的木炭粉可以被松木粉、原木粉或煤粉所代替。

所述的煤焦油可以被瀝青、聚乙烯醇或淀粉中的一種以及煤焦油、瀝青、聚乙烯醇或淀粉之間按任一比例混合的混合物所代替。