[發明專利]多孔炭基材料、硝態氮吸附劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011355999.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112774624A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 羅源;張懷民;楊志杰;馮潤云;李新;黃昆明
• 申請（專利權）人: 成都達奇能自科技有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/16
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 辜桂芳

本發明公開了多孔炭基材料、硝態氮吸附劑及其制備方法和應用，以解決現有技術中活性炭材料存在的對低濃度硝態氮吸附性能低的技術問題。該多孔炭基材料包括：多孔吸附基體，所述多孔吸附基體主要由多孔活性炭構成；以及靜電吸附層，所述靜電吸附層附著于所述吸附基體的孔隙表面。在本發明中，除高吸附性能的多孔活性炭之外，多孔炭基材料還具有附著在多孔吸附基體表面的靜電吸附層，可以通過靜電吸附作用顯著增加多孔炭基材料的吸附量，由此可以對低濃度的污染物進行有效吸附，顯著增強多孔炭基材料的實用性。

技術領域

本發明涉及水污染治理的技術領域，尤其涉及水中硝態氮去除的技術領域，具體而言，涉及多孔炭基材料、硝態氮吸附劑及其制備方法和應用。

背景技術

許多地區癌癥發病率高與飲用水中濃度過高的硝酸鹽具有緊密的聯系，雖然硝態氮(指硝酸鹽中所含有的氮元素)本身對身體無大礙，可是當它經胃腸進入人體后會被體內的硝酸還原菌還原，生成對人體危害巨大的亞硝酸鹽，亞硝酸鹽迅速進入血液形成無法運載氧氣的高鐵血紅蛋白，造成人體缺氧，患高鐵血紅蛋白癥。此外亞硝酸鹽可能結合次級胺生成強致癌物質亞硝胺，誘發人體消化系統癌變。硝態氮污染來源有許多，例如農業肥料不加控制的使用以及肥料利用率低，造成地下水大面積的氮磷污染。

去除水中的硝態氮方法目前有以下幾種：(一)生物還原法，外加碳源為微生物生長提供能量與電子，反硝化細菌逐步還原硝態氮最終將其轉化為N₂；(二)反滲透法，運用反滲透膜將溶質與溶劑分離，去除率高；(三)化學還原法，在催化劑作用條件下通入氫氣將硝態氮還原；(四)吸附法，利用比表面積大的多孔材料吸附水中的污染物。

上述方法中，吸附法因能耗低、工藝簡單、多孔材料可重復利用、去除率高等優點而廣泛應用，其中，又以環保易得、制作成本低的生物質活性炭備受追捧。然而，現有活性炭的低濃度硝態氮去除率低且平均吸附量不高，難以對低濃度的硝態氮水溶液進行高效去除。因此研制出能夠在常規條件下對水中低濃度的硝態氮進行高效去除且制備方法簡單、成本低又環保的活性炭材料及其制備方法成為現階段亟需解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供多孔炭基材料、硝態氮吸附劑及其制備方法和應用，以解決現有技術中活性炭材料存在的對低濃度硝態氮吸附性能低的技術問題。

為了實現上述目的，本發明首先提供了多孔炭基材料。該多孔炭基材料包括：

多孔吸附基體，所述多孔吸附基體主要由多孔活性炭構成；以及

靜電吸附層，所述靜電吸附層附著于所述吸附基體的孔隙表面。

在本發明中，除高吸附性能的多孔活性炭之外，多孔炭基材料還具有附著在多孔吸附基體表面的靜電吸附層，可以通過靜電吸附作用顯著增加多孔炭基材料的吸附量，由此可以對低濃度的污染物進行有效吸附，顯著增強多孔炭基材料的實用性。

進一步地是，所述多孔活性炭為生物質活性炭，優選為竹質活性炭，進一步優選為楠竹活性炭。

進一步地是，所述靜電吸附層主要由氧化鋁構成。首先，氧化鋁的靜電吸附作用強，負載在多孔吸附基體的孔隙表面能通過靜電吸附顯著增加對硝態氮的吸附量；其次，氧化鋁本身具有較為豐富的孔隙，對污染物具有較高的吸附量；因此，氧化鋁對多孔炭基材料的吸附性能提升非常顯著。

進一步地是，所述多孔吸附基體與靜電吸附層的質量比為17～46。發明人發現，當靜電吸附層的含量過低時所制備的活性炭基材料的吸附性能無明顯提高；但是若靜電吸附層的含量過高，靜電吸附層容易脫落，使用壽命縮短，并且靜電吸附層容易脫落會致使活性炭基材料的孔隙堵塞，從而使活性炭基材料的比表面積降低，吸附性能降低。

進一步地是，微孔孔容≥0.353cm³/g，且微孔孔容占總孔容的65.47％以上；并且/或者，微孔表面積≥932.406m²/g，且微孔比表面積占BET比表面積的82.33％以上。