一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種能深度凈化飲用水的活性炭吸附材料及其制備方法，屬于水凈化
技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著在水污染日益加劇，城市飲用水源中的有機物含量顯著提高，而國內大部分 自來水廠仍然采用常規凈水工藝，對水源中的低濃度的有機污染物只能達到40%的去除 率，已經很難保證飲用水的安全可靠，因此飲用水的深度處理技術已經得到廣泛的關注。
[0003] 活性炭材料是一種重要的無定形碳素材料，為黑色多孔固體，化學性質穩定，孔隙 結構發達，具有巨大的比表面積，是一種優良的吸附劑，具有豐富的孔道結構和巨大的比表 面積，已廣泛地應用于各個領域。活性炭的來源廣泛，可以利用任何含有碳的物質如木材、 鋸末、煤、果殼、骨頭等作為原料制備。由于活性炭具有特殊的微晶結構，孔隙發達，具有極 強的吸附功能，容易再生且來源廣泛，因此近年來活性炭在飲用水的深度處理方面得到了 廣泛的應用。
[0004] 活性炭吸附處理水技術是上世紀六十年代從國外引進，近年來其應用和發展舉得 了巨大的進步。2005年松花江水污染事故的主要污染物硝基苯，使用常規的水處理技術去 除率僅有2-5%，但是硝基苯容易被活性炭處理，在應急處理中采取了由活性炭粉末和活性 炭顆粒共同處理吸附的方法，取得了成功。
[0005] 但是由于活性炭的孔徑大小分布主要集中在微孔區，而微孔對于有機大分子以及 微生物而言尺寸偏小，難以起到吸附作用，因此常常需要將活性炭粉碎成很小的顆粒使用 或者是將活性炭顆粒粘接起來使用。粉末活性炭雖然吸附效果很好，但是難以處理，不方便 使用；使用粘結劑又容易對水質造成二次污染。因此改變活性炭的孔徑分布，改善其性能是 當前的研究熱點。
[0006] CN104761018A公開了利用活性炭進行水處理的方法，包括如下步驟：在水處理工 藝中選擇活性炭進行水處理；所述活性炭按照如下標準選擇：選擇碘吸附值大于950mg/g 且亞甲基藍的吸附值大于200mg/g的活性炭；或者選擇孔徑不小于水處理中的有機物分子 直徑1. 7倍的活性炭。
[0007] CN103752269A公開了一種改性活性炭及其制備方法。該改性活性炭對水體中的 Cr(VI)離子具有很高的吸附能力，同時具有吸附容量高，對高濃度的重金屬污染水具有良 好的處理效果。該發明的活性炭是通過對原始活性炭的多步化學改性，使得活性炭表面接 枝功能化的官能團，從而大幅提尚活性炭對于Cr的吸附能力。
[0008] CN101125691A公開了一種利用活性炭纖維和臭氧氧化聯合進行水處理的方法。在 反應器底部設置單層或多層經過改性的活性炭纖維，反應器內活性炭纖維用量為l-50g/L， 臭氧氣體濃度為5-12mg/L，處理時間為5-90min。對活性炭纖維的改性是將活性炭放在炭 化爐中進行二次活化，活化過程除了水蒸氣，還可以選擇二氧化碳、氨氣以及金屬鹽類中的 一種或兩種作為活化劑，提高活性炭表面上大于0. 7-2. 5nm的孔徑的比例。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于提供一種從空氣中分離甲醛的活性炭吸附劑及其制備方法，在 室溫下本發明提供的吸附劑可以有效的吸收空氣中的甲醛，且吸附容量大，使用壽命長。
[0010] -種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，包括以下步驟：
[0011] 1)配制質量濃度為10-20%的可溶性硝酸鹽的水溶液；2)將活性炭浸漬在步驟 1)得到的水溶液中l〇_24h;3)將浸漬了水溶液的活性炭在-30°C到-KTC的低溫下冷凍 l-24h;4)升溫至120-150°C干燥l_3h;5)在超臨界水條件下活化l-3h;6)常溫下用雙氧 水洗滌后水洗；7)干燥得到改性活性炭載體；所述可溶性硝酸鹽是硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣 中的一種或多種，優選可溶性硝酸鹽是硝酸鈣。
[0012] 所述改性活性炭載體的中孔數量占到總孔道數量的30%以上。
[0013] 所述活性炭載體是來自于植物或煤加工得到的，優選所述活性炭載體來自于無煙 煤煅燒制備，制備過程中的燒失率為25-40 %，優選燒失率為25-30 %;更優選活性炭的制備 包括以下步驟：無煙煤除去雜質并粉碎成粒徑為〇. 01-0.Imm的顆粒；加入聚甲基丙烯酸酯 攪拌成型，在100-150°C下煅燒10_24h，在800-900°C下煅燒5-12h，在750-800°C和水蒸氣 條件下活化l_24h，即得到所述活性炭載體。
[0014] 本發明還提供一種利用所述方法制備的改性活性炭，以及利用所述改性活性炭處 理水，尤其是飲用水的方法。
[0015] 一般來說，水中參見的有機污染物的分子直徑都在l_50nm，也就是屬于孔隙劃分 中的中孔（直徑2-50nm)的范圍，而常見的活性炭其孔隙分布基本都在微孔（直徑小于 2nm)的范圍，因此普通的活性炭處理水中有機物以及細菌的效果并不好。本發明通過對活 性炭的加工進行改進，大幅增加了活性炭中中孔孔隙的數量，并含有少量的大孔孔隙，改善 了活性炭對水中有機物分子以及病毒細菌等有害物質的吸附效果。本發明公開的活性炭載 體改進方法不需要添加額外的負載物，避免了對水體的二次污染。當然，本發明公開的活性 炭載體也可以作為載體材料，預先吸附具有特定功能的物質，以期達到更好的效果。
[0016] 本發明采用冷凍法處理活性炭，利用水在結冰后發生體積膨脹同時溶解在水中的 硝酸鹽部分析出晶體，使得部分微孔孔道發生坍塌，使得孔徑擴大，形成更大的中孔孔道， 甚至少量形成大孔孔道；同時結晶的硝酸鹽晶體在干燥的過程中部分保留在孔道中，在隨 后的超臨界水條件下，發生物理化學的反應，進一步改善了活性炭的孔道結構。此外在活性 炭的改性處理中，加入適量的鈣也有助于增加活性炭中中孔數量。
[0017]與現有技術相比，本發明的催化材料以改性的活性炭作為載體，增加了活性炭中 的中孔數量和比例，吸附有機小分子物質的能力更強，同時孔徑分布中還有少量的大孔存 在，對細菌和微生物也有一定的吸附能力。此外該吸附劑還具有成型性好的特點，也可加工 成各種特定形狀，方便安裝和使用。
【具體實施方式】
[0018] 下面通過實施例進一步說明本發明
[0019] 實施例1
[0020] 無煙煤除去雜質并粉碎成粒徑為0. 01-0.Imm的顆粒；加入聚甲基丙烯酸酯攪拌 成型，在120°C下煅燒10h，在800°C下煅燒12h，在800°C和水蒸氣條件下活化24h，即得到 活性炭；配制質量濃度為20%的硝酸鈣的水溶液；將活性炭浸漬在得到的水溶液中IOh;將 浸漬了水溶液的活性炭在_30°C的低溫下冷凍5h;升溫至120°C干燥3h;在超臨界水條件 下活化3h;常溫下用雙氧水洗滌后水洗；干燥得到改性活性炭載體；
[0021] 實施例2
[0022] 采用燒失率為30%的煤基活性炭；硝酸鈣和硝酸鈉按照3 : 1的比例配制質量 濃度為25%的水溶液，將活性炭浸漬在得到的水溶液中IOh;將浸漬了水溶液的活性炭 在-20°C的低溫下冷凍IOh;升溫至150°C干燥2h;在超臨界水條件下活化3h;常溫下用雙 氧水洗滌后水洗；干燥得到改性活性炭載體；
[0023] 對比例1
[0024] 未經過改性處理的普通活性炭
[0025] 對比例2
[0026] 經過超臨界水處理的活性炭
[0027] 對本發明公開的改性活性炭和其它方法處理的活性炭進行水處理性能評價對比， 采用不同物質的IOOppm濃度的水溶液進行靜態吸附lh，結果如下表所示
[0028]
[0029] 從吸附試驗數據可以看出，本發明的吸附劑更好的綜合吸附性能，尤其是對有機 物雜質具有很好的吸附效果。
【主權項】
1. 一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，包括以下步驟： 1)配制質量濃度為10-20%的可溶性硝酸鹽的水溶液；2)將活性炭浸漬在步驟1)得 到的水溶液中l〇_24h ;3)將浸漬了水溶液的活性炭在-30°C到-KTC的低溫下冷凍l-24h ; 4)升溫至120-150°C干燥l_3h ;5)在超臨界水條件下活化l-3h ;6)常溫下用雙氧水洗滌后 水洗；7)干燥得到改性活性炭載體；所述可溶性硝酸鹽是硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣中的一種 或多種，優選可溶性硝酸鹽是硝酸鈣。2. 根據權利要求1所述的一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，其特征在于 所述改性活性炭載體的中孔數量占到總孔道數量的30%以上。3. 根據權利要求1所述的一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，其特征在于 所述活性炭載體是來自于植物或煤加工得到的。4. 根據權利要求1所述的一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，其特征 在于所述活性炭載體源于無煙煤，煅燒制備過程中的燒失率為25-40%，優選燒失率為 25-30 %〇5. 根據權利要求5所述的一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，其特征 在于所述源于無煙煤的活性炭載體的制備包括以下步驟：無煙煤除去雜質并粉碎成粒徑 為0.01-0.1 mm的顆粒；加入聚甲基丙烯酸酯攪拌成型，在100-150 °C下煅燒10_24h，在 800-900°C下煅燒5-12h，在750-800°C和水蒸氣條件下活化l_24h，即得到所述活性炭載 體。6. -種利用如權利要求1-5所述的方法制備的改性活性炭。7. -種利用如權利要求6所述的改性活性炭進行水處理的方法。
【專利摘要】本發明公開了一種用于飲用水凈化的活性炭材料的制備方法，通過吸附改進劑、低溫冷凍處理和超臨界水處理，改善了活性炭中的孔徑分布。與現有技術相比，本發明的催化材料以改性的活性炭作為載體，增加了活性炭中的中孔數量和比例，吸附有機小分子物質的能力更強，同時孔徑分布中還有少量的大孔存在，對細菌和微生物也有一定的吸附能力。此外該吸附劑還具有成型性好的特點，也可加工成各種特定形狀，方便安裝和使用。
【IPC分類】B01J20/30, C02F1/28, B01J20/20
【公開號】CN105056884
【申請號】CN201510434719
【發明人】席海峰
【申請人】南通名物電子商務有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月23日