[發明專利]一種改性的活性炭材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210381226.1
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102872802A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 陳維芳;張澤亞;程明濤;李倩;林淑英;王宏巖;于哲
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種改性的活性炭材料及其制備方法。

背景技術

對水中高氯酸鹽離子(ClO₄^-)的研究在近年來受到越來越多的重視，這主要與高氯酸鹽檢測技術的進步有關。97年以前，通過液相萃取和分光光度法能檢測到的最低濃度大約為100?μg/L。98年以來，美國Dionex等公司研究開發了對高氯酸鹽的高效色譜分析檢測方法，檢測限達到ng/L。由于檢測手段的提高,很多原來被認為是安全的飲用水源都被檢測到有高氯酸鹽的污染。高氯酸鹽對人體健康的影響主要是由于其對人體甲狀腺功能的影響。

目前，飲用水源地下水或地表水中檢測到的高氯酸鹽離子濃度一般在μg/L級。高氯酸鹽的去除方法很多，其中，離子交換或吸附過程被認為最適用于飲用水中微污染的高氯酸鹽的去除。活性炭是目前水處理中最常用的吸附劑之一。但是活性炭吸附存在的主要問題是競爭吸附問題。由于水中高氯酸鹽離子的濃度一般在?μg/L級，而水中其他常見陰離子如氯離子、硫酸根離子、硝酸根離子、碳酸根離子等的濃度則通常為?mg/L級。因此，競爭吸附的影響會嚴重影響吸附劑對高氯酸鹽的吸附能力。

發明內容

本發明的目的之一是為了解決上述的由于競爭吸附的影響從而影響活性炭吸附劑對高氯酸鹽的吸附能力問題而提供一種改性的活性炭材料，該改性的活性炭材料可用于去除水中陰離子，特別是高氯酸鹽離子。

本發明的目的之二在于提供上述的一種改性的活性炭材料的制備方法。

本發明的技術原理

活性炭作為吸附劑的吸附特性不僅決定于它的孔徑結構，同時也決定于它的表面化學組成。改變活性炭表面的物理和化學組成能夠改變活性炭對特定污染物的吸附去除能力。活性炭表面化學組成一般指活性炭的化學官能團。這些官能團一般分為含氧官能團和含氮官能團。含氧官能團主要有羧基、?酚羥基、?羰基、?內酯基及環式過氧基等,含氮官能團可能存在形式有酰胺基、?酞亞胺基、類吡嘧啶基等。活性炭的氧含量越高，其酸性也越強。具有酸性表面集團的活性炭具有陽離子交換特性。而表面含氮官能團增加，則能增加活性炭的堿性性質，在水中正電性增加，從而提高其對陰離子的吸附能力。

本發明的一種改性的活性炭材料主要是借助氨氣熱處理提高吸附材料的氮含量。這些氮元素在活性炭表面以含氮官能團的形式存在，吸附材料的堿性增加，正電性提高，對高氯酸鹽陰離子的吸附能力增加。所述的活性炭在高溫下與氨氣發生發應，引起活性炭表面化學性質改變，特別是表面氮元素的含量有明顯提高。調節氨氣和活性炭的反應時間和反應溫度，可獲得對高氯酸鹽陰離子有高度吸附性能的吸附材料。

本發明的技術方案

一種改性的活性炭材料，以活性炭為原料，通過氨氣熱處理后而得到的改性的活性炭材料，所得的改性的活性炭材料的表面N的含量為原料活性炭材料的6~7倍。

所述的原料活性炭材料是以各種含碳物質，如木材、瀝青、煤炭或秸稈等在惰性氣體條件下控制溫度300－400℃碳化1-3h，然后用溫度為500－700℃的水蒸汽活化0.5-1h即得所述的原料活性炭材料，其孔徑體積在0.1-0.5mL/g,比表面積500-1200m²/g；優選含碳物質為瀝青或煤炭；

所述的氨氣為工業用無水氨氣，氨氣純度在99.99％以上。

上述的一種改性的活性炭材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）、將原料活性炭材料置于加熱爐中，通入氮氣，控制流量在70mL/min,開始加熱，加熱速度保持在50℃/min，升高至600-900℃；

（2）、待步驟（1）溫度升高至600-900℃，停止通入氮氣，開始通入氨氣，氨氣的流量控制為50-100mL/min，溫度保持為600-900℃，氨氣和原料活性炭材料反應時間控制為10-120min;

（3）、步驟（2）反應完成后，關閉氨氣，打開氮氣，加熱爐開始降溫，降溫速度為10℃/min，待溫度降到室溫時，取出經處理后的原料活性炭材料，用去離子水洗滌后干燥，即得一種改性的活性炭材料。

上述所得的改性的活性炭材料用于去除水中陰離子，特別是高氯酸鹽陰離子。

本發明的有益效果