[發明專利]一種改性超細粉末活性炭及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110477921.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113231017B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 周揚;付俊豪;高源;江進;胡堅鵬;郭欽;潘漢平;黃潤
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J20/28;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/34;C02F101/38;C02F101/36
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發明公開了一種改性超細粉末活性炭及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：按比例將粒徑大于0.1mm的粉末活性炭和改性助劑混合后研磨成粒徑小于10μm的顆粒，所得即為改性超細粉末活性炭；所述改性助劑包括如下按質量百分比計算的組分：過一硫酸鹽45％～85％、二氧化硅5％～15％、碳酸氫鹽5％～20％以及磷酸鹽5％～20％；所述粉末活性炭與改性助劑的質量比為1：(0.01～2)。本發明通過對活性炭表面進行研磨改性，增加了活性炭表面的含氧官能團量，進而強化了活性炭的吸附能力，可用于處理水中親水性有機微污染物；將改性超細粉末活性炭與亞硫酸鹽聯用可進一步用于除去水中錳離子。

技術領域

本發明涉及水處理技術領域，更具體地，涉及一種改性超細粉末活性炭及其制備方法和應用。

背景技術

水中廣泛存在的有機微污染物對生態環境和人類健康具有潛在威脅，其中親水性有機微污染物是環境中檢出頻率最高的有機污染物之一(如造影劑、抗生素等)，受到水處理行業內的廣泛關注。親水性有機微污染物大多具有一定的生物毒性，能夠對生物體的生長發育產生不良影響，嚴重威脅生態安全和人類健康。由于親水性有機微污染物極性較強且性質穩定，很難通過常規水處理工藝(如混凝、沉淀、過濾、生物處理等)去除。因此，如何綠色、高效地去除水中親水性有機污染物成為目前的研究熱點和難點。

活性炭是水處理領域中廣泛應用的吸附材料，具有來源廣泛、價格便宜、不易產生有毒有害副產物、方便投加等優點。從形狀上，活性炭可分為柱狀活性炭、破碎狀活性炭、粉狀活性炭等。從制造原料分類，活性炭主要以煤質、木質等為原料。活性炭具有較大的比表面積、發達的孔隙結構、和豐富表面官能團，這些性質也決定了活性炭優異的吸附能力。然而，由于不同材質和形狀活性炭性質差異較大，對親水性有機微污染物的吸附效率有較大差別，存在去除效果難以保證的問題。為解決該問題，中國發明專利CN109499541A公開了(2019年03月22日)一種超細粉末活性炭的制備方法，但該方法制備得到的活性炭沒有對表面含氧官能團數量進行調控，對親水性有機微污染物的吸附能力還有待提高。因此，有必要開發一種切實可行的活性炭改性方法，在保留其主要吸附特性的同時，強化其對親水性有機微污染物的去除能力，保障水質安全。

發明內容

本發明的首要目的是克服現有活性炭改性方法無法增加表面含氧官能團量，導致對親水性有機微污染物吸附能力弱的問題，提供一種改性超細粉末活性炭的制備方法。

本發明的進一步目的是提供一種改性超細粉末活性炭。

本發明的另一目的是提供上述改性超細粉末活性炭的應用。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種改性超細粉末活性炭的制備方法，包括以下步驟：

按比例將粒徑大于0.1mm的粉末活性炭和改性助劑混合后研磨成粒徑小于10μm的顆粒，所得即為改性超細粉末活性炭；所述改性助劑包括如下按質量百分比計算的組分：過一硫酸鹽45％～85％、二氧化硅5％～15％、碳酸氫鹽5％～20％以及磷酸鹽5％～20％；所述粉末活性炭與改性助劑的質量比為1：(0.01～2)。

粒徑大于0.1mm的粉末活性炭在研磨過程中會發生劇烈的擠壓摩擦，其內部的活性表面會隨著研磨過程而暴露。改性助劑在研磨過程中可對這些新暴露的活性表面進行親水性修飾，實現超細活性炭的原位改性。過一硫酸鹽作為氧化劑，可與超細活性炭表面的不飽和鍵(如烯烴)、醛基、羰基發生環氧化反應，在碳材料表面生成環氧化結構和內過氧化結構，增加超細活性炭的表面氧含量，從而增強超細活性炭的親水性，強化其對親水性有機污染物的吸附能力。二氧化硅起到強化研磨效果和改性效果的作用。碳酸氫鹽和磷酸鹽可穩定反應界面的酸堿性。由于制備過程未在溶液中進行，因此改性反應只發生活性炭表面，而未深入活性炭內部孔隙結構，因此能夠很好的保留活性炭原有的吸附特性。

優選地，所述粉末活性炭與改性助劑的質量比為1：(0.1～1)。