[發明專利]無粘接劑孔隙可調的大孔生物活性炭及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710383634.3
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107226470A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 董麗華;侯立安;顧平;張光輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B32/336
• 分類號: C01B32/336;C01B32/324;B01J20/20;B01J20/30;B01J20/28;B01D35/02;C02F1/28
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程小艷

技術領域

本發明涉及活性炭制備技術領域，特別涉及一種無粘接劑孔隙可調的大孔生物活性炭及其制備方法和應用。

背景技術

隨著飲用水源污染的日益加重以及《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)的實施，傳統常規工藝難以有效去除形成嗅、味、色度和以COD為表征的有機化合物，而臭氧－生物炭工藝(O₃-BAC)因集臭氧氧化、吸附、生物降解于一體，已成為目前國內公認的給水深度處理的主要技術。自GB 5749-2006實施以來，O3-BAC技術在我國獲得了廣泛應用，目前國內采用O₃-BAC工藝的水廠總處理能力已接近2500萬m3/d，約占地表水廠處理能力20％，隨著十三五期間上海、江蘇等地全面推行給水深度處理，其規模將呈繼續增加趨勢。然而，生物活性炭技術存在一個技術瓶頸：當水溫低于11℃時，其處理效果便下降。主要原因是：目前BAC所用的活性炭都是基于吸附功能而開發的，其孔隙結構以微孔為主，微生物只能附著在活性炭的外表面上，從而導致溫度對其影響較大。我國幅員遼闊，水溫低于11℃的地區相當大。如果此問題不解決，無疑會使這一技術在我國北方的推廣受到限制。

為了解決生物活性炭技術怕低溫的技術瓶頸并提供更多的供微生物附著的表面，本課題組開發出了生物活性炭(BAC)用活性炭—大孔生物活性炭，其最大孔徑達幾十至幾百微米；其應用試驗表明，大孔生物活性炭的有機物處理效果、生物載持量、耐受低溫能力均優于普通市售水處理用活性炭及法國專門的生物活性炭(PICA)。即大孔生物活性炭的大孔為微生物出入活性炭孔隙并繁衍提供了“宜居”條件：降低了外界溫度對微生物活性的影響、提高了單位活性炭上微生物的載持量，這將有利于解決我國生物活性炭在低溫下(<11℃)效果降低的技術難題。那么如何有效控制大孔活性炭中大孔所占的比例，從而有效保障微生物的繁衍生息將是需要解決的關鍵性問題。為此，在前期大孔生物活性炭研發及制備的基礎上，課題組通過調整生產工藝條件，發明了可調孔隙的大孔生物活性炭的生產方法。且其關鍵性指標碘吸附值、亞甲基藍吸附值、強度均滿足《生活飲用水凈水廠用煤質活性炭》(CJ/T 345-2010)的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種無粘接劑孔隙可調的大孔生物活性炭及其制備方法和應用。

本發明的第一個技術方案是無粘接劑孔隙可調的大孔生物活性炭制備方法，包括如下步驟：

(1)原材料選取竹子，碎屑粉碎，并篩分，取竹屑80±5目，含水率在8±0.5％；

(2)按照壓縮比在1:5至1:10壓塊造粒，所述壓縮比是指直徑/長度；

(3)炭化處理：炭化溫度在450-700℃，炭化時間為0.5-2.5h；

(4)活化反應：活化溫度在700-1000℃，活化時間為1-3.5h。

所述步驟(4)中活化反應活化劑選自水蒸氣、二氧化碳、氧氣和空氣中的至少一種。

本發明的第二個技術方案是采用上述方法制備無粘接劑孔隙可調的大孔生物活性炭，含有微孔、中孔和大孔，其中大孔孔徑范圍為0.1μm到300μm。

大孔孔徑分布通過壓縮比調控。

大孔活性炭的大孔孔體積分布在孔徑≥0.1μm、≥1μm、≥2μm、≥5μm、≥10μm、≥50μm、≥100μm范圍內，均隨著壓縮比的增加呈遞減趨勢。

形狀為壓塊狀或破碎炭或粉末狀中的任一種。

本發明的第三個技術方案是無粘接劑孔隙可調的大孔生物活性炭應用，應用于水處理或空氣凈化。

本發明相對于現有技術有以下有益效果：

1、本發明根據需要，采用物理活化法制備出孔隙可調的大孔生物活性炭材料，避免二次污染問題并避免化學試劑使用，所采用的原材料為可再生能源，滿足節約資源、可持續發展目標。

2、本發明制備出的大孔生物活性炭同時包含有中孔和大孔結構，從而使活性炭具有更多的輸送通道；且其包含的微米級大孔結構，使其較活性炭外表面擁有更多的可供微生物附著的內表面積，并具有絕熱功能，從而獲得使微生物進入活性炭內表面以及減少了外界溫度影響，克服了現有技術中當水溫低于11℃時，其處理效果便下降的缺陷。

3、本發明產品含有微孔及中孔結構，從而使生物活性炭兼具吸附功能；由于孔隙較大且可調，從而獲得了飽和活性炭易于再生；具有“可調孔隙的大孔活性炭”進行水處理得以充分考慮微生物的實際因素、為其提供“宜居”條件、盡而達到生物降解效果徹底以及節約資源的目的。