[發明專利]一種原位自還原載鋅活性炭及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201010277739.9
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN101934220A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 吳志剛;謝虹;姚利利
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/32;C02F1/28;C02F1/62;C02F101/20;C02F101/30
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏惠忠

技術領域

本發明屬于環境保護技術領域，涉及水質凈化技術，具體涉及活性炭水處理技術。

背景技術

隨著社會的進步，人們保健意識的提高，飲用水的凈化質量日益受到人們的重視，人們在生產生活中對水質的要求越來越高，然而，伴隨著工業化發展水資源卻越來越短缺水污染也在加劇。數量有限的飲用水質量在一步步惡化，水中的污染物種類越來越多。縱觀國內外，水中重金屬污染已經日益嚴重，重金屬污染因其難降解、易富集、難去除等特點，已經成為目前嚴重危害環境和人類健康的最主要的污染物之一。尋找經濟有效、綠色環保的重金屬處理方法也變得尤為重要。鉛是一種危害人體健康的重金屬污染物，其污染源較多，如汽車尾氣、含鉛廢水等，且具有不可降解性，可以在環境中長期存在。鉛(Pb)及其化合物對人體很多系統都有毒性作用，也是一種蓄積性毒物。人們多通過食物攝取、自來水飲用等方式把鉛帶人人體，進入人體的鉛90％儲存在骨骼，10％隨血液循環流動而分布到全身各組織和器官，主要侵犯人的造血系統、神經系統和心臟，從而引起小紅細胞與血紅蛋白過少性貧血、腦病變和腎。特別是嬰幼兒吸收鉛后，將有超過30％保留在體內，影響嬰幼兒的生長和智力發育，并損傷其認知功能、神經行為和學習記憶等腦功能，嚴重者造成癡呆。

自從問世一百多年來，活性炭工業已發展了一個多世紀。由于活性炭具有巨大的表面積和化學穩定性，世界各國都在利用活性炭這一特性使其在環保領域大展身手，其中最重要的應用是在水處理方面。活性炭可適用于去除污水中大部分有機物(如芳香族化合物、有機氯化物)，溶解的有機物通常可去除90％以上，生物需氧量BOD、化學需氧量COD一般可去除30-60％。有資料表明，在諸多方法中，使用活性炭，浸漬活性炭，或與其他方法聯用活性炭技術是迄今為止常常作為處理水的最經濟和有效的方法。普通活性炭吸附有機物能力較好，但對重金屬，特別是對污染嚴重的重金屬鉛的吸附能力較差。本發明旨在不影響活性炭對有機物吸附的前提下，強化活性炭對重金屬鉛的清除能力。

鋅是一種較鉛活潑的金屬，元素態鋅可以與水中離子態的鉛發生置換反應，使水中可溶性離子態的鉛生成不溶性的元素鉛，被活性炭吸附或過濾而清除，同時還生成等量的離子態鋅。由于鋅是人體必需的微量元素，對健康有益。活性炭上載元素鋅的技術是本發明的核心。由于鋅是活潑金屬，將離子鋅還原成元素鋅需要特別強的還原劑，如一氧化碳等，制備工藝比較復雜。

發明內容

本發明的任務是提供一種原位自還原載鋅活性炭，使其在保持對有機物吸附的前提下，強化活性炭對重金屬鉛的清除能力。同時提供該原位自還原載鋅活性炭的制備方法。本發明原理是：無氧狀態下，通過高溫使活性炭產生高活性的一氧化碳，還原已通過浸漬位于活性炭上的離子態鋅，生成載元素態鋅的活性炭。

實現本發明的技術方案是：

本發明提供的這種原位自還原載鋅活性炭，是按以下方法制備的：

步驟一：取活性炭，用蒸餾水清洗至洗炭水清亮后，放入器中，加入5％的稀鹽酸至液面高過活性炭，用玻璃棒攪拌均勻，25℃浸泡過夜；

步驟二：用蒸餾水清洗活性炭至洗炭水pH值為7，將洗凈的活性炭在105℃下干燥備用；

步驟三：將步驟二制得的干燥活性炭用1～300mmol/L的無機鋅鹽溶液于25℃下浸泡24小時，干燥活性炭與無機鋅鹽溶液的用量比為1∶5-15(重量/體積比)，優選1∶10(重量/體積比)，在浸泡的同時用振蕩器以120轉/分振搖，所述的無機鋅鹽是硝酸鋅或硫酸鋅，其優選濃度為50～200mmol/L，更優選為100mmol/L。

步驟四：倒去上清液，用蒸餾水將干燥活性炭清洗后于105℃烘干，待冷卻至室溫后，將活性炭裝滿容器并密封，置于烘箱中，在180～680℃溫度下加熱10～60分鐘，冷卻至室溫即制得原位自還原載鋅活性炭。

本發明原位自還原載鋅活性炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：取活性炭，用蒸餾水清洗至洗炭水清亮后，放入器中，加入5％的稀鹽酸至液面高過活性炭，用玻璃棒攪拌均勻，25℃浸泡過夜；

步驟二：用蒸餾水清洗活性炭至洗炭水pH值為7，將洗凈的活性炭在105℃下干燥備用；

步驟三：將步驟二制得的干燥活性炭用1～300mmol/L的無機鋅鹽溶液于25℃下浸泡24小時，干燥活性炭與無機鋅鹽溶液的用量比為1∶5-15(重量/體積比)，又選為1∶10(重量/體積比)，在浸泡的同時用振蕩器以120轉/分振搖，所述的無機鋅鹽是硝酸鋅或硫酸鋅，其優選濃度為50～200mmol/L，更優選為100mmol/L；