CN102000573A

CN102000573A - 一种改性活性炭及其应用

Info

Publication number: CN102000573A
Application number: CN 201010501795
Authority: CN
Inventors: 刘海龙; 焦茹媛; 赵霞; 王瑞军
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: CN102000573B

Abstract

本发明提供了一种改性活性炭，通过如下方法制得：活性炭洗涤，碱性硫酸亚铁的制备，负载、活化，洗涤、烘干。本发明制备的改性活性炭臭氧氧化催化性能优良，对臭氧增溶率达到30.7％～92.6％，能有效发挥过渡金属对臭氧高效催化降解能力，能用于去除水中多种污染物如敌敌畏和十二烷基苯磺酸钠等；改性活性炭具备较强的磁性，水处理过程中易于分离，并且该活性炭铁溶出率小、稳定性强，腐蚀性小，使用时间长。改性活性炭制备工艺简捷、成本低廉、性能稳定，易于工业化生产。

Description

一种改性活性炭及其应用

技术领域

本发明涉及活性炭，具体属于一种改性活性炭及其在催化臭氧化水处理中的应用。

背景技术

目前，如何有效地去除污水中的有机物及饮用水中的微量有机污染物已成为给水处理所面临的主要问题。特别是水源不可避免地受到一定程度的污染，其中的一些人工合成有机化合物由于化学结构十分稳定，更难于被常规的处理工艺去除。而污废水中的有毒有机污染物由于其化学结构的稳定性，毒性大，处理难度高。对其应用常规处理技术，如物化法和生化法及其组合的方法，很难达到满意的处理效果，至今仍缺乏经济有效的实用技术。

传统的臭氧氧化技术处理有机物效果好、二次污染少，是多年来水处理领域中的研究热点。但采用单独臭氧化技术时，矿化效率低，稳定性差，且受臭氧传质效率的影响，臭氧的利用率也较低，一般仅为10-20％左右。近年来，为了提高臭氧处理效果，臭氧催化氧化技术成为研究热点。臭氧催化氧化技术通过添加催化剂引发高活性羟基自由基(OH·)的产生，利用OH·的强氧化能力且与绝大多数有机化合物都可以快速反应的特性来氧化分解水中有机污染物。与传统化学氧化法相比(如臭氧化)，臭氧催化氧化提高了臭氧利用率，可以更高效地去除水中一些难降解的人工合成有机化合物，如洗涤剂、农药等，因而该技术在饮用水去除有机微污染及废水中难降解有机物方面显示出巨大的应用潜力。近年来，以过渡金属离子及其氧化物作为催化剂，催化臭氧化分解有机污染物成为国内外研究的热点。

研究结果表明，在金属离子中铁离子的催化效能较高，且相对于其他过渡金属较为安全，同时可以强化臭氧氧化分解水中的单项有机污染物并且提高TOC的去除率。但采用均相体系处理有机废水存在催化剂难分离且不可重复利用的问题，因此，以非均相催化为特征，研发一种易分离且具有高效催化臭氧化的催化剂具有重要的应用价值。

活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，并有吸附容量大、速度快，能有效地吸附多种气体、胶态物质、有机物及色素等各种物质的特点，将过渡金属铁负载于活性炭上，制成一定形状的颗粒，不但可以保持过渡金属铁固有的特性而且可以增强其稳定性，同时利用铁具有磁性的特点，使活性炭具有磁性，便于回收利用、防止对出水水质的影响。

北京化工大学在2009年申请并公布(公开号：101480614A)的《一种Fe/成型活性炭催化剂及其制备方法》，其应用领域为合成气CO+H₂直接转化制低碳烯烃；中国科学院生态环境研究中心在2004年申请并公布(公开号：1500736A)的《用于水处理的磁性活性炭的制备方法》、上海自来水市北科技有限公司及同济大学在2005年申请并公布(公开号：1824381A)的《活性炭除砷吸附剂的制备方法》等专利均只针对活性炭的吸附性能进行了改性；武汉大学在2009年申请并公布(公开号：101406838A)的《活性炭负载铁氧化物催化剂的制备方法及其废水处理体系》，该专利虽将过渡金属和活性炭的特点融合在一起，促进其催化氧化能力，对有机废水具有一定的降解能力。但上述专利存在以下不足：一、该活性炭的制备方法操作较繁琐，耗时较长；二、对PH、温度及气氛条件要求高，涉及设备复杂。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种催化臭氧化能力强且易于分离、方便回收利用的改性活性炭，该活性炭制备工艺简单、成本低廉、性能长期稳定，易于生产。

本发明的另一目的在于利用本发明制备的改性活性炭可有效去除水中多种有机污染物，使臭氧显著增溶，显著提高臭氧和改性活性炭利用效率和效果，降低运行成本，更好地满足自来水生产和污废水处理要求。

本发明提供的一种改性活性炭，在充分研究水处理过程中活性炭催化臭氧化机理的基础上，采用活性炭负载过渡金属铁制得。具体步骤如下：

(1)将活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，用质量浓度5％～10％的硝酸溶液浸渍振荡6h后，过滤，用水洗至中性、备用；

(2)在煮沸、匀速搅拌条件下，在浓度为0.2～0.8mol/L的硫酸亚铁中缓慢加入0.05～0.3mol/L的氢氧化钠，它们的体积比为1∶1～5，优选1∶1～2；

(3)将步骤(1)处理过的活性炭以体积比1∶2～5的比例加入纯水，煮沸10min后，加入0.5～2倍纯水体积的步骤(2)配置的溶液，煮沸状态下振荡反应2～8h；

(4)将步骤(3)得到的活性炭于电磁炉上活化0.5～2h，待冷却后用水洗至中性，烘干，得到红棕色改性活性炭。

本发明制备的改性活性炭与臭氧等氧化剂联用，可以广泛用于饮用水深度处理和废水处理领域。比如在处理印染废水、含敌敌畏的废水和含十二烷基苯磺酸钠的废水时效果明显，印染废水脱色率接近100％，敌敌畏降解率达86.9％，十二烷基苯磺酸钠降解率达98％。

与现有技术相比本发明具有以下优点和效果：

1、本发明在充分研究水处理过程中活性炭催化臭氧化机理的基础上，采用活性炭负载过渡金属铁制备得到的改性活性炭，其催化效果好，对多种有机物催化臭氧化去除率较单独臭氧氧化或活性炭吸附均大幅提高。

2、臭氧利用率高，该活性炭可促进臭氧增溶率达到30.7％～92.6％，大幅降低臭氧水处理应用工艺成本。

3、本发明制备的改性活性炭具有催化性能稳定，铁溶出率小，强磁性，易于分离及回收利用。

4、本发明活性炭制备工艺简捷，投资少，原料成本低、能耗低。

具体实施方式

实施例1：

(1)将活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，用质量浓度8％的硝酸溶液浸渍振荡6h，过滤，用水洗至中性、备用；

(2)在煮沸、匀速搅拌条件下，在100mL浓度为0.8mol/L的硫酸亚铁中缓慢加入100mL浓度为0.1mol/L的氢氧化钠，得到碱化硫酸亚铁溶液；

(3)将步骤(1)处理过的活性炭(体积100mL)加入纯水200mL煮沸10min后，加入碱化硫酸亚铁溶液200mL，煮沸状态下振荡反应4h；

(4)将步骤(3)得到的活性炭于电磁炉上活化1h，冷却后用去离子水洗至中性，烘干，得到红棕色改性活性炭。

实施例2：

(1)将活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，用质量浓度5％的硝酸溶液浸渍振荡6h，过滤，用水洗至中性、备用；

(2)在煮沸、匀速搅拌条件下，在100mL浓度为0.6mol/L的硫酸亚铁中缓慢加入200mL浓度为0.1mol/L的氢氧化钠，得到碱化硫酸亚铁溶液；

(3)将步骤(1)处理过的活性炭(体积100mL)加入纯水200mL煮沸10min后，加入碱化硫酸亚铁溶液100mL，煮沸状态下振荡反应4h；

(4)将步骤(3)得到的活性炭于电磁炉上活化2h，冷却后用去离子水洗至中性，烘干，得到红棕色改性活性炭。

实施例3：

(1)将活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，用质量浓度10％的硝酸溶液浸渍振荡6h，过滤，用水洗至中性、备用；

(2)在煮沸、匀速搅拌条件下，在100mL浓度为0.3mol/L的硫酸亚铁中缓慢加入200mL浓度为0.1mol/L的氢氧化钠，得到碱化硫酸亚铁溶液；

(3)将步骤(1)处理过的活性炭(体积100mL)加入纯水200mL煮沸10min后，加入碱化硫酸亚铁溶液400mL，煮沸状态下振荡反应2h；

实施例4：

以燃料酸性嫩黄G(100mg/L)模拟印染废水，将1.0g的上述实施例2中的改性活性炭投加到1升废水中，同时以7.2mg/min的速度通入臭氧，2min时脱色率达到96.5％，4min时脱色率几乎接近100％，脱色效果显著高于其他活性炭。

实施例5：

采用实施例1改性活性炭对以DDTV(敌敌畏)为主要有机农药污染的地表水进行催化氧化降解，其中DDTV的含量为3.5mg/L。将1.0g实施例1制备的改性活性炭投加到1升废水中，同时加入2mg臭氧，振荡处理60min后，DDTV的残余量下降到0.485mg/L，降解率达86.9％，而同样条件下的单独臭氧(不投加改性活性炭)的降解率仅为45.4％，其具体结果如下：

改性活性炭催化臭氧化和臭氧单独作用效果对比

实施例6：

在本实施例中，选取SDBS(十二烷基苯磺酸钠)为主的有机微污染地表水进行催化氧化降解，SDBS含量为1.8mg/L。将1.0g实施例3制备的改性活性炭投加到1L废水中，同时加入2mg臭氧，振荡处理60min后，SDBS的残余量仅为0.036mg/L，降解率达98％；矿化率得到非常明显提高达到67.2％；期间臭氧增溶率达到61.7％；该改性活性炭经十七天间歇使用，臭氧增溶率、催化氧化能力稳定、高效，未发现明显改变。

Claims

1.一种改性活性炭，其特征在于，通过如下方法制得：

(2)在煮沸、匀速搅拌条件下，在浓度为0.2～0.8mol/L的硫酸亚铁中缓慢加入0.05～0.3mol/L的氢氧化钠，它们的体积比为1∶1～5；

(4)将步骤(3)得到的活性炭于电磁炉上活化0.5～2h，待冷却后用水洗至中性，烘干，得到改性活性炭。

2.如权利要求1所述的改性活性炭，其特征在于，所述的步骤(2)硫酸亚铁与氢氧化钠体积比为1∶1～2。

3.如权利要求1所述的改性活性炭在饮用水深度处理和废水处理中的应用。

4.如权利要求1所述的改性活性炭在印染废水处理中的应用。

5.如权利要求1所述的改性活性炭在含敌敌畏废水处理中的应用。

6.如权利要求1所述的改性活性炭在含十二烷基苯磺酸钠废水处理中的应用。