[發明專利]一種改性活性炭及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310581260.8
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103551114A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 梁美生;葉翠平;張辰宇;梁穎
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J20/32;B01D53/02
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳惠蓮

技術領域

本發明屬于污染空氣凈化領域，特別是涉及一種改性活性炭及其制備方法和應用，特別是用于吸附以氨氣與硫化氫為主要致臭物質的混合氣，特別是將所述改性活性炭去除集約化養殖場中的氨氣與硫化氫的應用。

背景技術

如今，隨著經濟的發展，集約化養殖廠的數量與規模不斷擴大，一定程度上帶動經濟發展，進一步滿足市場需求，然而隨之而來的是較嚴重的環境問題，特別是其產生的惡臭氣體，影響人們的身體健康與生活環境，對這類惡臭氣體的研究與治理具有重大的現實意義。氨氣與硫化氫作為養殖場臭氣的主要致臭物質，對它們的治理已刻不容緩，在眾多方法中，吸附法脫除氨氣與硫化氫具有速度快、效率高等諸多優點。

活性炭具有發達的孔隙結構和巨大的比表面積，可用作吸附劑、催化劑和催化劑載體。活性炭按孔的尺寸大體上分為三類：大孔、中孔和微孔，構成了活性炭吸附物質的基本結構。同時，活性炭表面的多種化合物對吸附作用也有一定程度的促進作用，表面形成的基團分為酸性和堿性基團。表面的活性基團對于性質相反的物質具有較強的吸附作用。

目前，浸漬活性炭的制備方法公開的專利有CN1765489、CN1830542等，針對活性炭的改性主要是進行表面物理結構特性的改性和表面化學性質的改性。物理結構特性改性的目的就是使活性炭的空隙結構與不同吸附質相適應，從而提高對吸附質的吸附能力。物理結構特性改性主要是改變活性炭的孔結構，如孔徑的大小、孔容的大小等。表面化學性質改性主要改變活性炭的表面酸、堿性，引入或除去某些表面官能團，使其具有某種特殊的吸附或催化性能，主要的方法有：氧化改性、還原改性和負載金屬改性。

在物理結構特性改性方面，主要有物理法、化學法、物理化學聯合法。Choi等提出使用比表面積大的活性炭直接作吸附劑，并用KI溶液對活性炭進行改性處理，在對厭氧消化過程中產生的廢氣取得較好的去除效果。日本尤尼吉卡公司經過大量研究發現，在比表面積、微孔直徑、微孔容積在一定范圍的再生纖維素系、瀝青系等活性炭上，添加聚乙烯亞胺就可以達到吸附脂肪族醛等臭味的目的，而且它們與改性活性炭表面上的氧(表面氧質量分數范圍為10％～20％)有相乘作用，經反復洗滌或隨時間推移的性能劣化極少。Leuch等人對常溫下脫除硫化氫進行研究，發現適當的濕度有利于化學吸附：干氣氛下主要是物理吸附；脫硫溫度的升高有利于化學吸附。日本學者Yoshikawa提出使用比表面積大的ACF直接作還原劑，并用硝酸對ACF進行改性處理，在汽油機、柴油機上實驗取得較好的效果。

在表面化學性質改性方面，傅成誠等用檸檬酸、NaOH溶液浸泡活性炭，改性后活性炭對氨氣的吸附大于原樣。同時得出，在表面官能團與孔結構共同作用下既有物理吸附又有化學吸附。師雁等發現活性炭的結構可以被CoPcS改性改變，而且活性炭結構變化很大。說明孔的形狀與微晶尺度有很大關系，改性過程是一個孔擴蝕過程。在用CoPcS改性過程中，制備過程中的焙燒所引起的孔結構的變化以及活性物質的負載增強了對H₂S的吸附凈化效果，而反應過程中生成的含硫團聚體使改性活性炭逐漸失活而被穿透。Menendez等研究了用微波處理對活性炭表面化學的改性，結果表明：在氮氣保護下，炭表面的大多數含氧基團被去除，同時炭的pH顯著增加。微波處理較傳統加熱處理耗時少，僅僅幾分鐘就可使酸性炭變為相對氧含量低的堿性炭，同時微波處理后的炭更不易在空氣中再氧化。Bagreev等人在煤基活性炭上浸漬三聚氰胺或尿素，高溫制得脫硫劑，在常溫進行脫除H₂S實驗，發現，在微孔中引入大量的含氮有機胺官能團，大大提高了脫硫活性。

針對活性炭吸附氨氣和硫化氫，國內外學者也做了較廣泛的研究。Subrenat等對常溫下活性炭脫除氨氣與硫化氫進行研究，研究表明：作為吸附劑，活性炭需要合適的表面官能團和孔結構協同作用；電附著在活性炭表面的銅、鐵氧化物極大地提高了吸附容量。Leuch等用負載銅鹽的ACF進行實驗發現，在改性過程中的銅鹽的濃度、溶液溫度、環境溫度以及浸漬時間等因素中，銅鹽的濃度是影響浸漬處理的關鍵因素。

Rodrigues等研究了影響活性炭去除氨氣與硫化氫效果的因素，發現活性炭和改性劑的種類在改性活性炭硫容量方面起決定性作用；銅鹽溶液浸漬活性炭對氨氣與硫化氫的去除效果較好。閆波等對活性炭負載氧化鋅的吸附劑脫除氨氣與硫化氫進行了研究，結果表明，在活性炭表面不僅有物理吸附，還有化學吸附，所生成的硫化物吸附在活性炭的空隙內。