CN103896269B - 一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法 - Google Patents
一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103896269B CN103896269B CN201410142529.7A CN201410142529A CN103896269B CN 103896269 B CN103896269 B CN 103896269B CN 201410142529 A CN201410142529 A CN 201410142529A CN 103896269 B CN103896269 B CN 103896269B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- active carbon
- microwave
- pyrene
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种采用微波辐射法，以新疆无烟煤为碳源制备的煤基活性炭吸附去除模拟废水中多环芳烃芘的方法。本发明将活化剂和无烟煤混合，置于微波反应装置中，在活化剂KOH，ZnCl2，H3PO4，剂料比1∶1-1∶5，微波时间4-20min，微波功率100-900W，N2保护条件下进行一步炭化和活化制备煤基活性炭。不同实施例中制备的煤基活性炭，平均孔径为同时具有较大的比表面积，比表面积为623.84-1770.49m2／g，总孔容为0.32-0.99cm2／g。发明中制备的煤基活性炭对芘的吸附量高达89.43mg／g，去除率达99.37％。其特征是微波法制备的煤基活性炭对于去除废水中的芘，表现出活性炭制备过程节能高效，活性炭具有吸附容量大、吸附速率快、处理效果显著等优点，具有良好的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备水处理用煤基活性炭的方法，特别涉及一种对于多环芳烃污染物芘含量高的污水具有良好处理效果的煤基活性炭的制备方法。
背景技术
多环芳烃是一类具有苯环结构的化合物，属于持久性有机污染物。在空气和水中可以长时间存在，并且很难生物降解。它们可以与DNA相互作用，促进诱变或者致癌。芘作为典型的多环芳烃，若与其长期接触，会引起头痛、乏力、睡眠不佳、易兴奋、食欲减退、白细胞增加，血沉增速等病症。利用传统的物理化学方法很难有效的去除它们，如混凝、絮凝、沉降、过滤、臭氧氧化等。目前吸附处理对于去除溶液中的有机污染物是一种简单有效的方法。活性炭是一种常见的具有很高比表面积的多孔材料，被广泛的应用于气相、液相的分离／纯化，去除有毒物质，催化剂和催化剂载体等领域。利用活性炭吸附去除多换芳烃已有相关报道，表明多环芳烃在多孔活性碳上的吸附远远大于在土壤，沉积物，悬浮有机物中。因此，开发高效的活性炭以去除环境中的多环芳烃具有重要的现实意义。
新疆地大物博，煤炭资源储量丰富，全疆预测煤炭资源总量2.19万亿吨，占全国40％以上，居全国首位。新疆的煤炭品种齐全，煤质优良多以中低变质的长焰煤、不粘结煤和弱粘结煤为主，其次为中变质的气煤、肥煤和焦煤，低变质的褐煤和高变质烟煤、无烟煤也有大量的分布。因此近年来随着工业生产的发展，以煤为原料加工制成的具有独特的孔隙结构和优良的吸附性能的煤基活性炭，在环境保护领域发挥着越来越重要的作用，国内外需求量越来越大，成为人类改善自身生存环境不可缺少的吸附材料，因此新疆煤炭资源储量丰富是未来煤基活性炭生产的理想基地之一，具有良好的发展前景。
微波技术作为一种新兴的加热技术，能够极大地提高一些化学反应速率、减少反应时间、简化后处理程序。目前，制备活性炭常用的传统加热方式，比如中国专利(申请号201210246423.2)采用以板栗壳为原料，氯化锌为活化剂获得具有较高吸附性能的板栗壳活性炭，需要在300-550℃下反应60-90分钟进行，传统加热方式反应过程时间长，生产成本高，耗能大，不能满足工业生产的需求。故微波加热作为新型加热技术已开始应用于活性炭制备领域，更高效的制备炭质材料。目前报道的微波法制备活性炭的原料绝大多数以生物质材料或农业废弃物，比如Liu等人以竹子[Modificationofbamboo-basedactivatedcarbonusingmicrowaveradiationanditseffectsontheadsorptionofmethyleneblue，2010]，废弃的茶叶[Anovelmethodforproductionofactivatedcarbonfromwasteteabychemicalactivationwithmicrowaveenergy，2008]等为原料进行微波法制备活性炭，然而用微波法制备煤基活性炭的研究鲜见报道。在去除环境中多环芳烃的研究中，Yuan等人[Adsorptionofpolycyclicaromatichydrocarbonsfromwaterusingpetroleumcoke-derivedporouscarbon，2010]利用石油焦制备的活性炭对多环芳烃萘、菲、芘、芴进行吸附处理。Kong等人[PhenanthreneRemovalfromAqueousSolutiononSesameStalk-basedCarbon，2012]用芝麻杆制备的活性炭去除水溶液中的多环芳烃菲。然而采用微波法制备的煤基活性炭去除多环芳烃芘的研究未见报道。
鉴于此，本发明利用新疆丰富的煤炭资源，选取新疆无烟煤为原料，利用微波加热法对其进行炭化和活化，通过对制备条件进行考察，制备高吸附性能的煤基活性炭，并利用其吸附性能去除模拟废水中典型多环芳烃芘，是一种具有良好的经济效益和应用前景的去除方法，并具有显著的技术优势和较强创新性的知识产权。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，该方法以新疆无烟煤为原料，通过微波加热炭化和活化，制备煤基活性炭。所制备的煤基活性炭对芘表现出吸附容量大，吸附速率快，处理效果显著等优点，具有良好的经济和环境效益。
实现本发明目的采用以下技术方案：
采用微波辐射法以新疆无烟煤为碳源进行炭化和活化制备得到的煤基活性炭为吸附剂，投入含芘的模拟废水中，吸附去除芘。该方法包括如下步骤：
1.煤基活性炭制备的具体步骤如下：
(1)煤样预处理：
将煤样进行粉碎，研磨，过100目筛子，制成粉末；用蒸馏水清洗去除煤焦油等杂质；然后将样品置于110℃烘箱中干燥4h，即得煤样预处理产品。
(2)微波法制备：
将步骤(1)中得到的煤样预处理产品与活化剂(KOH，ZnCl2，H3PO4)按照1∶1-1∶5的比例混合均匀，置于石英管中并安装在微波反应器上，在N2保护，微波时间4-20min，微波功率100-900W下进行微波辐射，反应结束冷却后取出微波制备样品。
(3)酸碱处理：
将步骤(2)中得到的微波制备样品进行酸碱处理，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，置于110℃烘箱中干燥4h，即得煤基活性炭。
2.煤基活性炭脱除芘的具体步骤：
准确量取30mL含芘初始浓度300mg/L的模拟废水，置于150mL具塞锥形瓶中，放于温度为25℃，转速为60rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入0.1g步骤1中制备的煤基活性炭，吸附50min后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度。
所得的煤基活性炭的平均孔径为比表面积为623.84-1770.49m2／g，总孔容为0.32-0.99cm2／g，对芘的吸附量在73.79-89.43mg／g，去除率为81.99％-99.37％。
本发明的优点为：
1.本发明所用的无烟煤产自新疆地区，新疆的煤炭资源丰富，煤质优良，价格相对低廉，对开发煤基活性炭产品具有较大的市场。
2.本发明采用的微波法制备，实现炭化和活化同步工艺，即缩短了制备时间，又节省了能源，从而降低制备活性炭的成本，是一种经济高效的制备方法。
3.本发明方法制备的煤基活性炭具有适合芘分子大小的孔径、孔容及比表面积，对于去除芘表现出吸附容量大，吸附速率快，处理效果显著等优点，具有良好的经济效益和环境效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
将煤样粉碎，研磨，过100目筛子，制成粉末；用蒸馏水清洗去除煤焦油等杂质；将样品置于110℃烘箱中干燥4h，得煤样预处理产品；将1.00g煤样预处理产品与1.00gKOH混合均匀，置于石英管中并安装在微波反应器中，在N2保护，微波时间8min，微波功率700W下进行微波辐射，反应结束，冷却后取出微波制备样品；将微波制备样品用盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，置于110℃烘箱中干燥4h，得煤基活性炭；准确量取30mL含芘初始浓度300mg／L的模拟废水，置于150mL具塞锥形瓶中，放于温度为25℃，转速为60rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入0.1g煤基活性炭，吸附50min后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度。所得的煤基活性炭的平均孔径为比表面积为623.84m2／g，总孔容为0.32cm2／g，对芘的吸附量为73.79mg/g，去除率为81.99％。
实施例2：
将煤样粉碎，研磨，过100目筛子，制成粉末；用蒸馏水清洗去除煤焦油等杂质；将样品置于110℃烘箱中干燥4h，得煤样预处理产品；将1.00g煤样预处理产品与3.00gKOH混合均匀，置于石英管中并安装在微波反应器中，在N2保护，微波时间8min，微波功率700W下进行微波辐射，反应结束，冷却后取出微波制备样品；将微波制备样品用盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，置于110℃烘箱中干燥4h，得煤基活性炭；准确量取30mL含芘初始浓度300mg／L的模拟废水，置于150mL具塞锥形瓶中，放于温度为25℃，转速为60rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入0.1g煤基活性炭，吸附50min后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度。所得的煤基活性炭的平均孔径为比表面积为1651.50m2／g，总孔容为0.91cm2／g，对芘的吸附量为88.77mg／g，去除率为98.63％。
实施例3：
将煤样粉碎，研磨，过100目筛子，制成粉末；用蒸馏水清洗去除煤焦油等杂质；将样品置于110℃烘箱中干燥4h，得煤样预处理产品；将1.00g煤样预处理产品与3.00gKOH混合均匀，置于石英管中并安装在微波反应器中，在N2保护，微波时间4min，微波功率700W下进行微波辐射，反应结束，冷却后取出微波制备样品；将微波制备样品用盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，置于110℃烘箱中干燥4h，得煤基活性炭；准确量取30mL含芘初始浓度300mg／L的模拟废水，置于150mL具塞锥形瓶中，放于温度为25℃，转速为60rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入0.1g煤基活性炭，吸附50min后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度。所得的煤基活性炭的平均孔径为比表面积为1007.27m2／g，总孔容为0.54cm2／g，对芘的吸附量为84.62mg/g，去除率为94.02％。
实施例4：
将煤样粉碎，研磨，过100目筛子，制成粉末；用蒸馏水清洗去除煤焦油等杂质；将样品置于110℃烘箱中干燥4h，得煤样预处理产品；将1.00g煤样预处理产品与3.00gKOH混合均匀，置于石英管中并安装在微波反应器中，在N2保护，微波时间12min，微波功率500W下进行微波辐射，反应结束，冷却后取出微波制备样品；将微波制备样品用盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，置于110℃烘箱中干燥4h，得煤基活性炭；准确量取30mL含芘初始浓度300mg／L的模拟废水，置于150mL具塞锥形瓶中，放于温度为25℃，转速为60rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入0.1g煤基活性炭，吸附50min后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度。所得的煤基活性炭的平均孔径为比表面积为1770.49m2／g，总孔容为0.99cm2／g，对芘的吸附量为89.43mg／g，去除率为99.37％。
Claims (5)
1.一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，其特征在于：采用微波辐射法以新疆无烟煤为碳源进行炭化和活化一步法制备获得的煤基活性炭为吸附剂，投入含芘的模拟废水中，吸附去除芘，所述煤基活性炭的制备方法为，将无烟煤进行粉碎，研磨，过100目筛子，用蒸馏水清洗，置于110℃烘箱中干燥4h；将干燥后的样品与活化剂按照一定的比例混合，置于微波反应器中进行微波辐射制备，反应结束后，对样品进行酸碱处理，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，干燥后即得煤基活性炭产品，所述活化剂为KOH，ZnCl2，H3PO4，活化剂与无烟煤的质量比为1∶1-1∶5，微波时间为4-20min，微波功率为100-900W。
2.根据权利要求1所述的一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，其特征在于：所述煤基活性炭的平均孔径为比表面积为623.84-1770.49m2/g，总孔容为0.32-0.99cm2/g。
3.根据权利要求1所述的一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，其特征在于：所述煤基活性炭脱除芘的方法为，准确量取30mL含芘的模拟废水，置于150mL具塞锥形瓶中，放于温度为25℃，转速为60rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入煤基活性炭产品，吸附一定时间后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度，计算吸附量。
4.根据权利要求3所述的一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，其特征在于：芘在模拟废水中的初始浓度300mg/L，活性炭用量0.1g，吸附时间50min。
5.根据权利要求1所述的一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，其特征在于：制备的最优煤基活性炭对芘的吸附量高达89.43mg/g，去除率高达99.37％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410142529.7A CN103896269B (zh) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410142529.7A CN103896269B (zh) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103896269A CN103896269A (zh) | 2014-07-02 |
| CN103896269B true CN103896269B (zh) | 2016-05-04 |
Family
ID=50987903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410142529.7A Expired - Fee Related CN103896269B (zh) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103896269B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107128917A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-05 | 句容市百诚活性炭有限公司 | 一种高比表面积活性炭的制备方法 |
| CN106976880A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-07-25 | 句容市百诚活性炭有限公司 | 一种中孔发达活性炭的制备方法 |
| CN107555433A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-09 | 电子科技大学 | 无烟煤掺氮活性炭及其制备方法 |
| CN112010451B (zh) * | 2019-05-29 | 2022-08-16 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种冷轧稀碱废水深度处理方法和处理系统 |
| CN112023889A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-04 | 西安工程大学 | 一种微波辅助油酸原位一步改性活性炭的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103265029A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-28 | 石河子大学 | 一种中孔煤基活性炭及其微波加热定向制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5469249A (en) * | 1977-11-12 | 1979-06-04 | Kubota Ltd | Method of treating waste water with active carbon |
| JP2009274008A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Sawatec Kk | 廃水処理装置および廃水処理方法 |
-
2014
- 2014-03-31 CN CN201410142529.7A patent/CN103896269B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103265029A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-28 | 石河子大学 | 一种中孔煤基活性炭及其微波加热定向制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 活性炭对焦化废水中苯并[a]芘的去除工艺研究;杨兆静;《中国优秀硕士学位论文》;20131231;全文 * |
| 煤基活性炭的制备研究进展;李茂等;《四川化工》;20131231;第16卷(第1期);第31-33页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103896269A (zh) | 2014-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103896269B (zh) | 一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法 | |
| Hou et al. | Hydrothermal conversion of bamboo shoot shell to biochar: Preliminary studies of adsorption equilibrium and kinetics for rhodamine B removal | |
| Foo et al. | Porous structure and adsorptive properties of pineapple peel based activated carbons prepared via microwave assisted KOH and K2CO3 activation | |
| CN103553040B (zh) | 一种石油焦与含油污泥共热解制备多孔碳的方法 | |
| Wang et al. | Co-carbonization of biomass and oily sludge to prepare sulfamethoxazole super-adsorbent materials | |
| CN110255559A (zh) | 一种生物质活性炭的制备方法 | |
| CN101612554A (zh) | 导电聚合物改性活性炭的制备方法 | |
| Jain et al. | Nonlinear regression approach for acid dye remediation using activated adsorbent: Kinetic, isotherm, thermodynamic and reusability studies | |
| CN102764631B (zh) | 一种多孔半焦吸附材料的制备方法 | |
| CN102553533A (zh) | 活性炭纤维负载金属的复合除磷吸附剂制备方法 | |
| Hayawin et al. | Palm oil mill final discharge treatment by a continuous adsorption system using oil palm kernel shell activated carbon produced from two-in-one carbonization activation reactor system | |
| CN104128161A (zh) | 一种氨基改性活性焦重金属吸附剂及其制备方法 | |
| CN106115699A (zh) | 氧化锌法制备活性炭 | |
| CN103691462B (zh) | 一种剥离型膨润土负载磷酸银催化剂的制备 | |
| CN104445183A (zh) | 木质粉状原料制光再生型中孔颗粒活性炭的方法及工艺 | |
| Valentini et al. | Efficient synthesis and investigation of waste-derived adsorbent for water purification. Exploring the impact of surface functionalization on methylene blue dye removal | |
| CN102190298A (zh) | 一种林木剩余物快速热解副产炭制备活性炭的方法 | |
| CN101508434A (zh) | 一种脱色用活性炭的制备方法 | |
| CN103265029A (zh) | 一种中孔煤基活性炭及其微波加热定向制备方法 | |
| Fan et al. | Synthesis of sewage sludge biochar in molten salt environment for advanced wastewater treatment: Performance enhancement, carbon footprint and environmental impact reduction | |
| CN113522240A (zh) | 一种固相-水热改性生物炭制备脱硫活性炭的方法 | |
| Ju et al. | Synergistic adsorption and degradation of sulfamethazine by tobacco stalk-derived activated biochar: Preparation, mechanism insight and application | |
| CN102974319A (zh) | 一种具有除砷功能的饮用水净化剂及其制备方法 | |
| CN110961087B (zh) | 一种px吸附剂及其制备方法 | |
| CN105944675A (zh) | 一种利用含酚废水制备重金属铜离子吸附剂的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160504 Termination date: 20170331 |