專利名稱：一種用于去除水中陰離子的吸附材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于能去除水中陰離子污染物的吸附材料及其制備方法。
背景技術：
活性炭吸附是目前去除水中微污染的有毒有害物質的重要方法之一。但是，由于其本身的物理和化學特性決定了活性炭對水中有機污染物的吸附能力通常要高于無機的如陰離子污染物。因此，活性炭用于陰離子污染物的吸附時，達到飽和周期短，造成活性炭再生頻率高，使用成本也因此提高。眾所周知，陽離子表面活性劑如季銨鹽型表面活性劑的季銨鹽官能團在水中主要以陽離子的形式存在，表面帶正電，有很好的陰離子交換吸附性能。因此，根據陽離子表面活性劑的陰離子吸附能力，我們提出以活性炭材料為載體，在其孔徑中加載具有陰離子交換吸附能力的活性劑，改變活性炭的表面化學性質，為水中陰離子提供一種良好的吸附材料。
發明內容
本發明的目的在于提供一種由活性炭和陽離子表面活性劑組合而成的用于去除水中陰離子的吸附材料及其制備方法。本發明的技術原理
本發明的一種去除水中陰離子的吸附材料主要是借助陽離子表面活性劑的陰離子吸附能力，將它加載于活性炭上，以改變活性炭的表面化學性質，提高其對陰離子的吸附能力。所述的活性炭由于其發達的孔徑，能夠加載足夠多的表面活性劑，從而引起活性炭表面活性，特別是其陰離子交換能力的改變。調節加載濃度及操作條件(加載溶液 PH)可獲得對陰離子有高度吸附性和選擇性的吸附材料。本發明的技術方案
一種用于去除水中陰離子的吸附材料，即以活性炭為載體，將陽離子表面活性劑加載到活性炭的孔徑結構中，其中陽離子表面活性劑在活性炭上的加載量在0. 1-0. 5mmol/g ；
所述的活性炭是以各種含碳物質，如木材、浙青、煤炭、秸稈等在惰性氣體條件下控制溫度300 - 400 C碳化l-3h，后用溫度為500 — 700 C的水蒸汽活化0. 5_lh即得所述的活性炭，其孔徑體積在0. 1-0. 5mL/g,比表面積500-1200m2/g ；優選以浙青、煤炭為原料所得的活性炭；
所述的陽離子表面活性劑是各種含有含氮官能團的有機物如叔銨鹽、季銨鹽陽離子表面活性劑；優選為十六烷基三甲基氯化銨、癸基三甲基溴化銨或三甲基正十四烷溴化銨。上述的一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、將0. 064-0. 64g陽離子表面活性劑溶于200mL去離子水中，保持表面活性劑濃度在1-lOmmol/L，通過滴加氫氧化鈉溶液或稀鹽酸溶液調節pH值至3_10，優選為pH值為 7.0，得陽離子表面活性劑溶液；(2)、將0.58活性炭材料分散于200mL步驟(1)所得的表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后，靜置證；
(3)、將步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置中過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，即得本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。本發明的有益效果
本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料中所采用的陽離子表面活性劑易生物降解，不會對環境造成污染；所用的活性炭由于其孔徑結構發達，比表面積豐富，因此能加載的表面活性劑量大，造成對陰離子的吸附容量大。且陽離子表面活性劑附著于活性炭的孔徑中，穩定性高，不易脫附，不會造成二次污染，對水中陰離子污染物有高度吸附性能和選擇性，能延長吸附材料在水處理中的使用期限，降低使用成本。另外，本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備過程無需加熱加壓， 對能源的消耗少，操作簡單，不會改變活性炭的顆粒結構特點，可以反復使用，不會產生二次污染。
圖1、活性炭對高氯酸鹽的吸附穿透曲線圖2、活性炭對砷酸鹽的吸附穿透曲線。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。本發明所用的活性炭吸附柱為柱高13. 5cm,內徑0. 5cm,外徑2. 5cm的有機玻璃柱
實施例1
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.064g陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在lmmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節溶液pH值至3. 0， 得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例2
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟 (1)、稱取0. 064g陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在lmmol/L，通過滴加0. lmmol/L的稀鹽酸溶液調節溶液pH值至7. 0， 得陽離子表面活性劑溶液；(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置5 h ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例3
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.064g陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨溶于200mL離子水中，陽離子表面活性劑濃度在lmmol/L，通過滴加0. lmol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液pH值至10. 0， 得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例4
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.128g陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在2mmol/L，通過滴加0. 1 mL的稀鹽酸溶液調節溶液pH值至7. 0，得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例5
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.256g陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在4mmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節溶液pH值至7. 0， 得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出
來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。
實施例6
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.64g陽離子陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在lOmmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節溶液pH值至 7.0，得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例7
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.128g陽離子表面活性劑三甲基正十四烷溴化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在2mmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節pH值至7. 0，得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g煤炭活性炭材料(孔徑體積0.45mL/g，比表面積810m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置釙；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例8
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.128g陽離子表面活性劑三甲基正十四烷溴化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在2mmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節pH值至7. 0，得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g煤炭活性炭材料(孔徑體積0. 45mL/g,比表面積810m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例9
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.128g陽離子表面活性劑癸基三甲基溴化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在2mmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節溶液pH值至7. 0，得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1)所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。實施例10
一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、稱取0.128g陽離子表面活性劑三甲基正十四烷溴化銨溶于200mL去離子水中，陽離子表面活性劑濃度在2mmol/L，通過滴加0. lmol/L的稀鹽酸溶液調節pH值至7. 0，得陽離子表面活性劑溶液；
(2)、將0.5g浙青活性炭材料(孔徑體積0. 3mL/g,比表面積780m2/g)分散于步驟(1) 所得的200mL陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后靜置B ；
(3)、步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，所得的黑色顆粒狀活性炭固體，即為本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料。本發明所得的一種去除水中陰離子的吸附材料的吸附穿透試驗
取1.7g本發明實施例7所得的一種用于去除水中陰離子的吸附材料，加入活性炭吸附柱中。吸附柱進水含有lOOPg/L的陰離子高氯酸鹽，進水流量為4. 5mL/min，水力停留時間保持在0. 53min。對照取1. 7g本發明實施例7制備一種用于去除水中陰離子的吸附材料所用的活性炭材料，即不加載陽離子表面活性劑的活性炭，加入活性炭吸附柱中。吸附柱進水含有 lOOPg/L的高氯酸鹽，進水流量為4. 5mL/min，水力停留時間保持在0. 53min。分別對出水中砷酸鹽濃度進行檢測，得到砷酸鹽的吸附穿透曲線如圖1所示。取1. 7g本發明實施例7所得的一種用于去除水中陰離子的吸附材料，加入活性炭吸附柱中。吸附柱進水含有lOOPg/L的陰離子砷酸鹽，進水流量為4. 5 mL/min，水力停留時間保持在0. 53min。對照取1. 7g本發明實施例7制備一種用于去除水中陰離子的吸附材料所用的活性炭材料，即不加載陽離子表面活性劑的活性炭加入到活性炭吸附柱中。吸附柱進水含有 lOOPg/L的砷酸鹽，進水流量為4. 5mL/min，水力停留時間保持在0. 53min。分別對出水中砷酸鹽濃度進行檢測，得到砷酸鹽的吸附穿透曲線如圖2所示。從圖1和2可以看出，跟對照的未加載表面活性劑的活性炭相比，經加載后的活性炭即本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料表現出了對高氯酸鹽和砷酸鹽陰離子良好的吸附能力。未加載的活性炭在運行1500個床體就就被穿透。而加載后的活性炭即一種用于去除水中陰離子的吸附材料分別運行了 33000和12000個床體積出水中的高氯酸鹽和砷酸鹽才分別達到lOPg/L的穿透。運行時間有明顯延長，且出水不需后續處理。這種吸附材料在水處理領域中有著廣闊的應用前景。通過以上吸附穿透試驗進一步說明本發明的一種用于去除水中陰離子的吸附材料能有效提高活性炭對水中陰離子的吸附去除能力。CN 102274714 A說明書6/6 頁
以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據本發明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于去除水中陰離子的吸附材料，即以活性炭為載體，其特征在于將陽離子表面活性劑加載到活性炭的孔徑結構中，其中陽離子表面活性劑在活性炭上的加載量在 0.1-0. 5mmol/g ；所述的活性炭的孔徑體積在0. 1-0. 5mL/g,比表面積500-1200m2/g，即以木材、浙青、煤炭或秸稈為原料，在惰性氣體條件下控制溫度300 - 400 C碳化l-3h，后用溫度為500 — 700 C的水蒸汽活化0. 5-lh即得所述的活性炭；所述的陽離子表面活性劑為含有含氮官能團的有機物。
2.如權利要求1所述的一種用于去除水中陰離子的吸附材料，其特征在于所述的含有含氮官能團的有機物為叔銨鹽、季銨鹽。
3.如權利要求1所述的一種用于去除水中陰離子的吸附材料，其特征在于所述的含有含氮官能團的有機物優選為十六烷基三甲基氯化銨、癸基三甲基溴化銨或三甲基正十四烷溴化銨。
4.如權利要求書1、2或3所述的一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、將0.064-0. 64g陽離子表面活性劑溶于200mL去離子水中，保持陽離子表面活性劑濃度在1-lOmmol/L，通過滴加氫氧化鈉溶液或稀鹽酸溶液調節pH值至3-10，優選為pH 值為7. 0，得陽離子表面活性劑溶液；(2)、將0.5g活性炭材料分散于200mL步驟(1)所得的陽離子表面活性劑溶液中，在常溫常壓下，通過磁力攪拌裝置使活性炭顆粒分散均勻后，靜置證；(3)、將步驟(2)靜置后的混合液于過濾裝置過濾，將活性炭從混合液中分離出來，用去離子水洗滌后干燥，即得本發明的用于去除水中陰離子的吸附材料。
5.如權利要求書4所述的一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，其特征在于步驟(1)中所用的氫氧化鈉溶液或稀鹽酸溶液濃度優選為0. lmol/L。
6.如權利要求書5所述的一種用于去除水中陰離子的吸附材料的制備方法，其特征在于步驟(1)中的pH優選為7。
全文摘要
本發明公開了一種用于能去除水中陰離子污染物的吸附材料及其制備方法。該吸附材料以活性炭為載體，在其孔徑內加載陽離子表面活性劑。制備而成的活性炭吸附材料對水中陰離子污染物有高度吸附性能和選擇性，能延長吸附材料在水處理中的使用期限，降低使用成本。制備過程無需加熱加壓，對能源的消耗少，操作簡單，不會改變活性炭的顆粒結構特點，可以反復使用，不會產生二次污染。
文檔編號B01J20/30GK102274714SQ201110220880
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者陳維芳 申請人:上海理工大學