CN105964218A - 用于过滤应用的被表面改性的碳和用于制造其的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于过滤器介质的被增强的被表面改性的活性炭，具有更高的用于除去特定的沾染物的容量，例如H2S、SO2、Cl2、CCl4、NH3、和HCHO，以及用于制造其的工艺。活性炭的表面被钼和钼衍生物改性以增强活性炭化学吸附容量。

Description

用于过滤应用的被表面改性的碳和用于制造其的工艺
发明背景
1.发明领域
本发明涉及用于过滤器介质的活性炭，并且具体地涉及具有被改性的表面使过滤器介质能够具有对于特定的沾染物，例如H2S、SO2、Cl2、CCl4、NH3、和HCHO，的更高的容量的增强的物理吸附和化学吸附活性炭。本发明还涉及用于使用金属改性活性炭的表面以增强过滤器介质的化学吸附容量的工艺。
2.背景技术
活性炭是在水和空气处理行业中宽范围地使用的吸附剂，由于其的异常地高的表面积、发育良好的内部微孔性和表面官能团的宽的谱的存在。作为惰性的多孔的载体材料，活性炭能够把化学物分布在其的大的内部表面上，从而使它们是对于反应物可到达的。
典型地，活性炭被用于除去水和/或空气中的沾染物。基于所使用的碳基质的类型和碘值，其是最普遍地使用的代表吸附容量的术语(以以毫克计的碘分子每克的碳样品计测量到的)，活性炭具有亲合力以除去高的体积的某些沾染物。
仍然具有对于改性活性炭以指定或开发对于某些沾染物的亲合力从而促进特定的沾染物减少的需要。为了增加动力学以建立这种减少，是有利的是改性碳表面和创造催化位点。当被改性时，这样的碳正常地被称为催化性碳。
活性炭、氧化铝、沸石和类似的是在过滤中宽范围地使用的。这些类型的材料有时被共同地称为“活性微粒”，因为它们的构型和固有的通过吸附(吸附和吸收)流体中的组分与流体互相作用的能力。
标准的活性炭是由碳基原材料例如木材、泥炭、椰子壳和煤制造的多孔材料。活化工艺产生在碳内的分子尺寸的气孔的混合，其共同地构成庞大的内部表面积和孔隙容积。在多孔吸附剂中，活性炭是更有利的，由于其的微孔性的织构、更高的表面积、对许多沾染物分子的亲合力以及成本有效性。然而，活性炭具有有限的除去某些类型的气体和蒸气的能力；其也不具有对于多种特定的空气沾染物的容量。
通常，活性炭通过物理吸附/物理力除去沾染物分子。物理吸附或物理吸附是在其中主要地范德华力(分子间力)在把沾染物的分子从液体或气体吸引入碳原子基质的内部表面中时被涉及的吸附机理。物理吸附的过程取决于力的强度(被吸附物和吸附剂二者的电吸引特性)，并且与多种因素相关，例如碳介质的分子结构、存在的官能团、被吸附物的形状、吸附剂的多孔结构、pH、温度、溶剂-溶质相互作用、和孔径分布。
被铜、锌和银浸渍的活性炭已经被证明是在某些气体的除去中有效的。而未浸渍的活性炭通常是对于有限的毒性剂有效的。
与不改变被吸附物分子结构的物理吸引相反地，化学吸附导致改变被吸附物分子结构。这两个现象普遍地被称为物理吸附(物理吸附)和化学吸附(化学吸附)。
化学物通过其被吸附至活性炭上的两个机理是由于更大的从水的“排斥”或更大的向活性炭的“吸引”。活性炭吸附在向活性位点的被吸附物扩散之后行进经过三个基本步骤：a)物质吸附至碳表面的外部；b)物质运动入具有最高的吸附势能的碳吸附气孔中；或c)物质吸附至碳的内部石墨片状结构。
例如，被授权于Doughty等人的名称为“CHROMIUM-FREE IMPREGNATED ACTIVATED UNIVERSAL RESPIRATOR CARBON FORADSORPTION OF TOXIC GASES AND/ORVAPORS IN INDUSTRIAL APPLICATIONS”的美国专利第5,492,882号公开了被钼、铜和锌浸渍的活性炭的用于有害气体的除去的用途。被授权于Kaiser等人的名称为“STRUCTURED ADSORBENT MEDIA FOR PURIFYING CONTAMINATED AIR”的美国专利第7,425,521号公开了用于使用被铜、银、 锌和钼粒子和三次乙二胺浸渍的基于碳的单块结构纯化空气的方法。其还公开了已处理的单块结构的热处理。
仍然具有改进基于碳的过滤器的工艺和制备以开发对于空气污染物并且特别是AEBK气体/蒸气的更高吸附能力碳的需要。
发明内容
考虑到现有技术的问题和缺陷，因此本发明的一个目的是提供具有对于空气污染物的更高吸附能力碳的基于碳的过滤器。
本发明的另一个目的是提供能够除去特定的沾染物例如H2S、SO2、Cl2、CCl4、NH3、和HCHO的基于碳的过滤器。
本发明的又另一个目的是提供用于制造具有使由活性炭制造的过滤器介质能够具有对于沾染物的更高的容量的被改性的表面的被增强的物理吸附和化学吸附活性炭的工艺。
以上的和其他的目的将是对于本领域的技术人员明显的，在本发明中实现，其涉及一种用于增加活性炭的吸附性能的工艺，包括：使用氧化剂处理所述活性炭以形成已处理的碳；使用Mo浸渍所述已处理的碳以形成负载Mo的已处理的碳；把所述负载金属的已处理的碳在气体吹扫气氛内加热以形成具有包含金属和金属衍生物的表面的所得到的活性炭。
所述活性炭可以包括以颗粒状的或粉末的形式的基于椰子的碳。
所述处理步骤包括把所述活性炭浸泡在酸溶液中同时搅拌；所述硫酸具有被溶解在水中的1％至15％v/w的浓度，其中所述水具有约三倍所述活性炭重量的体积。所述浸泡被进行持续约四个小时。
所述工艺还包括：把所述活性炭在所述硫酸溶液中滗析；以及把所述活性炭在低的温度干燥。
把所述活性炭在低的温度干燥可以包括在小于约100℃的温度干燥使得所述活性炭具有小于约1％的最终含湿量。
所述浸渍步骤可以包括制备钼酸铵前驱体溶液；以及把所述已处理的碳浸泡在所述前驱体溶液中以形成所述负载金属的已处理的碳。
所述钼酸铵前驱体优选地具有所述已处理的碳的约5％至20％v/w的浓度，并且被溶解在具有与所述已处理的碳重量的一半至三倍的重量相关的体积的水中。
所述水体积被作为水温度的函数确定，包括：对于在约50℃至60℃的范围内的水温度半升的水每千克的已处理的碳；或对于环境水温度3L的水每千克的已处理的碳。
所述负载金属的已处理的碳然后被滗析；并且被在低的温度干燥。
干燥所述负载金属的已处理的碳可以包括在小于约100℃的温度干燥使得所述负载金属的已处理的碳具有小于约1％的最终含湿量。
把所述负载金属的已处理的碳在气体吹扫气氛内加热的所述步骤可以包括：在氮气流下加热所述负载金属的已处理的碳；以及允许所述负载金属的已处理的碳在使用之前冷却。所述加热被在曲颈甑/反应器中在约500℃进行持续约三个小时。
在第二方面，本发明涉及一种用于增加活性炭的吸附性能的工艺，包括：使用氧化剂处理所述活性炭以形成已处理的碳，所述处理包括：把所述活性炭浸泡在硫酸溶液中同时搅拌；把所述活性炭在所述硫酸溶液中滗析；以及把所述活性炭在低的温度干燥，使用钼浸渍所述已处理的碳，所述浸渍包括：制备钼酸铵前驱体溶液；以及把所述已处理的碳浸泡在所述前驱体溶液中以形成负载钼的已处理的碳；滗析所述负载钼的已处理的碳；把所述负载钼的已处理的碳在低的温度干燥；在氮气流下加热所述负载钼的已处理的碳以形成具有包含钼和钼衍生物的表面的所得到的活性炭；以及允许所述负载钼的已处理的碳在使用之前冷却。
在第三方面，本发明涉及一种用于除去流体中的沾染物的被表面改性的碳过滤器介质，包含：被含有硫和氧的功能性浸渍的基础碳；以及被形成在所述碳过滤器介质的表面上的催化位点，包括钼(Mo)和钼衍生物；使得所述碳过滤器介质具有对于能够除去特定的沾染物，包括H2S、SO2、Cl2、CCl4、NH3、和HCHO，的物理吸附和化学吸附的能力。
所述碳的平均晶粒大小是约10.47nm，如在X射线衍射下在0.83577的 半峰全宽(FWHM)测量的。
所述钼(Mo)和钼衍生物主要地以氧化钼(MoO2)的形式被分散。
附图说明
本发明的被认为是新颖的的特征和本发明的元素特性在所附的权利要求中具体地提出。附图仅用于图示目的并且不是按比例绘制的。然而，本发明本身，关于组织和操作的方法二者，可以通过参照下文的与附图共同地阅读的详细描述被最好地理解，在附图中：
图1描绘了对于增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)相对于生的(未被处理的)碳的比较性的硫化氢(H2S)吸附；
图2描绘了相对于生碳、被硫酸(H2SO4)处理的样品和被钼(Mo)浸渍的活性炭(AC)的比较性的H2S吸附突破折线图；
图3描绘了相对于生碳和增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)的比较性的氨气(NH3)吸附突破折线图；
图4描绘了被生碳、被硫酸(H2SO4)处理的样品和被钼(Mo)浸渍的活性炭(AC)的比较性的氨气(NH3)吸附突破折线图；
图5描绘了被生碳和增强的物理吸附和化学吸附碳的比较性的四氯化碳(CCl4)吸附突破折线图；
图6描绘了被生碳和增强的物理吸附和化学吸附碳的比较性的二氧化硫(SO2)吸附突破折线图；
图7描绘了被生碳和增强的物理吸附和化学吸附碳的比较性的氯气(Cl2)吸附突破折线图；
图8描绘了被生碳和增强的物理吸附和化学吸附碳的比较性的甲醛(HCHO)吸附突破折线图；并且
图9描绘了本发明的增强的物理吸附和化学吸附碳的X射线衍射型式；并且
图10描绘了测量到的增强的碳的图，表明对于36.85的29的在0.83577 的FWHM处的约10.47nm的晶粒大小。
具体实施方式
在描述本发明的优选的实施方案时，本文将参照附图的图1-10，在附图中相似的数字指代本发明的相似的特征
主要的在水中存在的有毒的杂质是无机物、重金属(例如砷、铅和汞)、离子(例如氟离子和氰离子)、有机物(例如苯酚和三氯乙烯)和微生物沾染物。主要的应用于水纯化的技术包括吸附、离子交换、反渗透(RO)和加强工艺例如氯化和臭氧化。吸附是最有效的和经济的技术中的一个。活性炭已经被证明是对于多种沾染物的从饮用水的除去有效的吸附剂。据此，活性炭具有朝向水中的有机的和无机的沾染物的显著的亲合力；但是为了进一步增强其的吸附容量并且使其是朝向特定的杂质例如金属粒子更竞争性的，活性炭的表面被改性。
通常，酸性的官能团的在活性炭上的存在增强它们的金属吸附容量，但是这些官能团不利于有机物例如苯酚化合物的吸附。影响活性炭性能的因素包括：比表面积、孔隙容积、孔径分布、和活性炭表面的本质。表面改性导致表面反应性、化学、物理和结构性质的改变。
虽然活性炭是疏水的但是其的吸附容量是有限的。碳的吸附容量特别是化学吸附以及催化活性可以通过表面改性被显著地增强。在该文本中的是，基于椰子壳的活性炭可以通过不同的方式被表面改性至对于特定的沾染物的显著地更高的容量，包括气体安全水平分类标准，并且具体地，H2S、SO2、Cl2、CCl4、NH3、和HCHO，只指出某些。
一个这样的欧洲过滤呼吸道保护标准是EN 14387，其是对于提供对于气体和组合过滤器的最小要求的标准。该标准主要地把过滤器划分为各种类型，被指代或分类为A、B、E、K。类型A被用于保护抵抗具有大于65℃的沸点的有机气体和蒸气；类型B被用于保护抵抗无机气体和蒸气；类型E被用于保护抵抗二氧化硫和其他的酸性气体和蒸气；并且类型K被用于保护抵抗氨气和有机氨气衍生物。
本发明增加碳的除了物理吸附之外的吸附性能，通过表面改性碳使其能够也具有对于化学吸附的能力。以这种方式，碳被处理使得表面和内气孔被不同的杂原子掺杂，例如氮、氧、硫、磷等等。这些杂原子以附接至碳基面的官能团的形式存在。这些带电荷的功能性增强向仅通过物理吸附难以被吸附的目标特定杂质的亲合力。已处理的碳的官能团与螯合的杂质反应以形成在碳内的稳定的化合物。本发明帮助把庞大的电荷分散在碳上和在碳的气孔内。此外，该独特的表面改性处理工艺确保碳的物理吸附能力仍然被保持。
优选的用于开发增强的物理吸附和化学吸附碳的工艺以浸渍步骤开始。表面浸渍被认为是化学改性。术语浸渍被定义为化学物和金属颗粒的在活性炭的气孔中的精细的分布。活性炭的浸渍被进行以：a)通过促进其的固有的催化氧化能力优化活性炭的催化性质；b)促进活性炭和浸渍剂之间的协同作用；以及c)促进活性炭的作为惰性多孔载体的能力。
基础碳通过使用氧化剂例如H2SO4处理碳被含有硫和氧的功能性浸渍。然后，催化位点通过以下被产生：使用钼(Mo)前驱体分散，并且然后加热已处理的碳以激活Mo位点以及除去/发展前驱体的反分子。以这种方式，本发明提供能够除去不同的类型/类别的气态的/蒸气/空气沾染物的二重处理的活性炭的工艺。
在该已处理的碳介质内，钼(或氧化物)除去/隔离酸性气体和有机物蒸气，并且硫酸盐除去碱性的/碱性气体，例如氨气。因此，通过选择浓度和热处理工艺条件的合适的组合，具有除去多重的气态的沾染物和有机物蒸气的能力的活性炭可以被制备。
可以影响已处理的活性炭的性能的变量包括：1)用于处理的化合物的浓度；2)用于浸渍的化合物的起始材料；3)待被处理的溶液和活性炭之间的接触时间；4)在热处理工艺期间的反应器的温度；5)反应器中的加热时间；以及，6)用于溶解在处理工艺中使用的化合物的溶剂/H2O的体积。
为了评价这些变量的效果，多个样品被制备并且相对于ABEK气体沾染物的代用品测试。研究被使用硫酸的各种浓度；钼酸铵；硫酸和钼酸铵的浓度的组合；加热温度；和加热时间进行。
工艺步骤：
在该优选的实施方案中，用于制造增强的物理吸附和化学吸附碳的工艺，包括，在第一步骤中，基于椰子壳的活性炭。在水纯化中最普遍地使用的活性炭由基于沥青和无烟煤和椰子壳的原材料制备。活性炭可以以颗粒状的(GAC)或粉末的形式，被氧化剂特别是硫酸(H2SO4)处理。硫酸优选地在1％至高至15％(v/w)的浓度范围内，被溶解在在二至三倍待被处理的碳重量的体积的水中。例如，对于碳(1kg)批次的各种目径，1-15％v/w硫酸被溶解在2-3升的水中，取决于碳的粒度。
碳然后被浸泡在该酸溶液中在搅拌机械下持续合适的时间时期，约四个(4)小时。在四个小时浸泡/混合/浸渍之后，水/溶液被滗析并且碳被过滤出并且在空气烘箱中在低的温度，一般地在小于100℃的温度，干燥至小于百分之一(1％)的最终含湿量。
所得到的已酸处理的碳是在氧(O)和硫(S)含量上丰富的，如与在工艺的开始时的初始的碳相比的。O和S元素被在无定形碳结构的基面中以不同的官能团的形式掺杂。
在第二步骤中，已酸处理的碳然后被金属浸渍。例如，在一个示例性的实施方案中，已处理的碳被钼浸渍。在这种情况下，Mo前驱体主要地是钼酸铵，因为其的在水中的溶解度，和增加在温度下的溶解度的能力，使用从环境高至热水(50-60℃)。热水导致碳的更有效的浸渍。
钼酸铵被在碳的5％至20％w/w之间的范围内引入，并且被溶解在在一半(1/2)至三(3)倍待被处理的碳重量之间的水体积中。水的体积被作为水的温度的函数配制。对于热水(在约50-60℃的范围内的温度)，0.5L的水对于1kg的碳批次被需要，而对于环境温度水，3L的水对于1kg的碳批次被需要。
碳被浸泡在该溶液中在搅拌机械下浸泡持续2小时。被加入的金属被碳吸收，剩下的水被滗析，并且碳被过滤并且被在空气烘箱中在小于100℃的低的温度干燥至小于1％的最终含湿量，导致负载Mo的活性炭。
在第三步骤中，负载Mo的活性炭被加热至高的温度，在500℃的数量 级持续时间时期，优选地约三个(3)小时，在被在氮气清洗下从外侧加热的旋转不锈钢曲颈甑/反应器中。在该步骤中，钼酸铵分解以得到氨气并且把仅Mo和Mo衍生物束缚在碳表面上。曲颈甑一般地在氮气的持续的流动下以非常慢的速度(2-10rpm)旋转以保持惰性，并且得到在高的温度的分解的氨气和其他的气体/蒸气。在反应之后，加热被停止，并且当温度减少至低于100℃时，增强的物理吸附和化学吸附碳被卸载并且能够使用。
碳被使用Brunauer,Emmett,and Teller(BET)方法表征，孔径分布在改性之后被分析，SEM分析被对于形态进行，并且X射线衍射(XRD)被进行以测试Mo的结晶相。
测试结果：
被表面改性的/已处理的碳被在填充柱中测试动态吸附测试，以建立其的对于气体和蒸气的吸附容量，包括H2S、SO2、NH3、和甲醛。
被表面改性的/已处理的碳的性能被在在动态吸附实验期间的突破和饱和容量的方面测量和表明。折线图被提供以示出在用于增强的物理吸附和化学吸附碳和规则的碳的空气流中的对于硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、氨气(NH3)、四氯化碳(CCl4)、Cl2、和甲醛(HCHO)气体/蒸气减少的比较性的性能。
如可以在本文中提到的图中看到的，单一处理的(硫酸或钼酸盐)碳表明对于一个类别的沾染物的更高的容量。例如，图1描绘了对于增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)相对于生的(未被处理的)碳的比较性的硫化氢(H2S)吸附。图2描绘了相对于生的碳、被硫酸(H2SO4)处理的样品和被钼(Mo)浸渍的活性炭(AC)的比较性的H2S吸附突破折线图。对于这些比较测试，初始的吸附条件是如下的：10,000ppm的在流入气体流中的硫化氢浓度；500cc/min的流量；50g的重量；和环境温度(25℃)。
图3描绘了相对于生的碳和增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)的比较性的氨气(NH3)吸附突破折线图。图4描绘了被生的碳、被硫酸(H2SO4)处理的样品和被钼(Mo)浸渍的活性炭(AC)的比较性的氨气(NH3)吸附突破折线图。对于这些比较测试，初始的吸附条件是如下的：10,000ppm 的在流入气体流中的氨气(NH3)浓度；300cc/min的流量；50g的重量；和环境温度(25℃)。
图5描绘了被生的碳和增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)的比较性的四氯化碳(CCl4)吸附突破折线图。对于该比较测试，初始的吸附条件是如下的：1,000ppm的在流入气体流中的四氯化碳(CCl4)浓度；200cc/min的流量；50g的重量；和近似地环境温度(15-25℃)。
图6描绘了被生的碳和增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)的比较性的二氧化硫(SO2)吸附突破折线图。对于该比较测试，初始的吸附条件是如下的：1,000ppm的在流入气体流中的二氧化硫(SO2)浓度；500cc/min的流量；50g的重量；和近似地环境温度(25℃)。
图7描绘了被生的碳和增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)的比较性的氯气(Cl2)吸附突破折线图。对于该比较测试，初始的吸附条件是如下的：1,000ppm的在流入气体流中的氯气(Cl2)浓度；500cc/min的流量；50g的重量；和近似地环境温度(25℃)。
图8描绘了被生的碳和增强的物理吸附和化学吸附碳(EPC)的比较性的甲醛(HCHO)吸附突破折线图。对于该比较测试，初始的吸附条件是如下的：1,000ppm的在流入气体流中的甲醛(HCHO)浓度；800cc/min的流量；10g的重量；和近似地环境温度(25℃)。
如被这些图表提到的，仅被硫酸(H2SO4)处理的碳显示出对于氨气的更高的容量，但是其具有对于硫化氢(H2S)的减少的容量。
在另一个方面，被钼酸盐处理的碳展示对于H2S的更高的容量，但是对于氨气减少较少的容量。这是由于被分别的处理创造的表面化学。被H2SO4处理的碳已经得到正在增强对于氨气类型气体分子的(选择性的)化学吸附的O和S功能性，而钼酸盐功能性正在增强对于H2S类型气体分子的化学吸附。在该文本中的是，两个处理二者被在同一个碳上尝试以实现对于所有的类型的沾染物的除去的更高的权利要求。如上文已经描述的，EPC碳正在具有对于多重的权利要求的两个类型的化学功能性。结果是如下的。
通常，化学活化工艺被本发明采用以制造增强的活性炭。生的活性炭被 氧化剂处理，特别是被溶解在水中的硫酸(H2SO4)，并且被浸泡在该酸溶液中。水然后被滗析，并且碳被过滤出并且被在空气烘箱中在低的温度干燥。所得到的已酸处理的碳是在氧(O)和硫(S)含量上丰富的，如与初始的碳相比的。
已酸处理的碳然后被金属浸渍，优选地使用钼，例如钼酸铵的Mo前驱体。碳被浸泡在该溶液中，剩下的水被滗析，并且碳被过滤并且被在低的温度干燥。
负载Mo的活性炭然后被加热至高的温度，在持续的氮气流或吹扫步骤下。在反应之后，加热被停止，并且当温度减少时增强的物理吸附和化学吸附碳被卸载并且能够使用。
增强的物理吸附和化学吸附碳的分析：
增强的物理吸附和化学吸附碳被在X射线衍射(XRD)下分析以确定钼相的类型和其的晶粒大小。碳样品被通过XRD表征。样品的XRD型式被在图9中描绘。金属晶粒大小和相应的金属相是取决于样品制备方法、金属前驱体类型和负载、和碳载体性质的特性。
增强的物理吸附和化学吸附碳的所获得的XRD型式指示Mo主要地以在单斜晶相中的氧化钼(MoO2)的形式被分散。在10，22.8和44.1(a、b、c分别地)的2θ值处的背景宽峰指代活性炭的无定形结构正在被用作用于制造增强的物理吸附和化学吸附碳的载体。
平均晶粒大小上的下界通过使用Scherrer方程计算，Scherrer方程把固体中的亚微米粒子或微晶的大小与衍射图形中的峰的宽化相关。
Dp＝0.94λ/[β1/2cosθ]，其中，
Dp＝有序的结晶区域的平均大小(晶粒大小)
β＝在最大强度的一半处的谱线增宽(FWHM)
θ＝布拉格角(度)
λ＝X射线波长(埃)
Scherrer方程通过具有波长λ(nm)的XRD辐射计算纳米晶粒大小，通 过测量位于型式中的任何2θ点处的半峰全宽(β)(以弧度计)。
如可以从Scherrer方程看到的，峰宽度由于晶粒大小与晶粒大小成反比地变化。即，当晶粒大小变得更小时，峰变得更宽。峰宽度随着2θ作为cosθ变化。晶粒大小宽化是在大角度2θ最明显的。然而，有帮助的曲线宽度和微应变宽化也是在大角度2θ最大的。峰强度通常是在更大的角度2θ处最弱的。
所使用的形状因子或比例常数是0.94，其部分地基于宽度如何被确定、晶体的形状以及大小分布。对于具有立体对称的球形的晶体，形状因子是在FWHM处0.94。
基于上文的方程，对于已处理的碳的平均晶粒大小的下界被计算为是在0.83577的半峰全宽(FWHM)处10.47nm。FWHM代表在背景和峰最大值之间的半途的高度处的衍射峰的宽度，以弧度计。
图10描绘了测量到的碳(EPC7-L)的图，表明对于36.85的2θ的在0.83577的FWHM处的约10.47nm的晶粒大小。
碳的吸附性能被增强，除了物理吸附之外，通过表面改性碳使其能够也具有对于化学吸附的能力。增强的物理吸附和化学吸附碳是是在氧(O)和硫(S)含量上丰富的的被表面改性的活性炭，与钼和钼衍生物共同地。
虽然本发明已经参照具体的优选的实施方案具体地描述，但是是明显的是许多替代形式、修改和变化形式将是根据上文的描述对于本领域的技术人员明显的。因此，设想，所附的权利要求将包括任何这样的替代形式、修改和变化形式，作为落入本发明的真正的范围和精神内。

Claims (18)

1.一种用于增加活性炭的吸附性能的工艺，包括：使用氧化剂处理所述活性炭以形成已处理的碳；使用Mo浸渍所述已处理的碳以形成负载Mo的已处理的碳；以及把所述负载金属的已处理的碳在气体吹扫气氛内加热以形成具有包含金属和金属衍生物的表面的所得到的活性炭。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述活性炭包括以颗粒状的或粉末的形式的基于椰子的碳。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述处理步骤包括把所述活性炭浸泡在酸溶液中同时搅拌。
4.根据权利要求3所述的工艺，包括把所述活性炭浸泡在硫酸溶液中，所述硫酸具有被溶解在水中的1％至15％v/w的浓度，其中所述水具有约三倍所述活性炭重量的体积。
5.根据权利要求4所述的工艺，包括把所述活性炭浸泡在所述硫酸溶液中持续约四个小时。
6.根据权利要求3所述的工艺，包括：
把所述活性炭在所述硫酸溶液中滗析；以及
把所述活性炭在低的温度干燥。
7.根据权利要求6所述的工艺，其中把所述活性炭在低的温度干燥包括在小于约100℃的温度干燥使得所述活性炭具有小于约1％的最终含湿量。
8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述浸渍步骤包括：
制备钼酸铵前驱体溶液；以及
把所述已处理的碳浸泡在所述前驱体溶液中以形成所述负载金属的已处理的碳。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中所述钼酸铵前驱体具有所述已处理的碳的约5％至20％v/w的浓度，并且被溶解在具有与所述已处理的碳重量的一半至三倍的重量相关的体积的水中。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中所述水体积被作为水温度的函数确定，包括：
对于在约50℃至60℃的范围内的水温度半升的水每千克的已处理的碳；或
对于环境水温度三升的水每千克的已处理的碳。
11.根据权利要求8所述的工艺，包括：
滗析所述负载金属的已处理的碳；以及
把所述负载金属的已处理的碳在低的温度干燥。
12.根据权利要求11所述的工艺，其中干燥所述负载金属的已处理的碳包括在小于约100℃的温度干燥使得所述负载金属的已处理的碳具有小于约1％的最终含湿量。
13.根据权利要求1所述的工艺，其中把所述负载金属的已处理的碳在气体吹扫气氛内加热的所述步骤包括：
在氮气流下加热所述负载金属的已处理的碳；以及允许所述负载金属的已处理的碳在使用之前冷却。
14.根据权利要求13所述的工艺，其中所述加热被在曲颈甑/反应器中在约500℃进行持续约三个小时。
15.一种用于增加活性炭的吸附性能的工艺，包括：使用氧化剂处理所述活性炭以形成已处理的碳，所述处理包括：
把所述活性炭浸泡在硫酸溶液中同时搅拌；
把所述活性炭在所述硫酸溶液中滗析；
把所述活性炭在低的温度干燥；
使用钼浸渍所述已处理的碳，所述浸渍包括：
制备钼酸铵前驱体溶液；
把所述已处理的碳浸泡在所述前驱体溶液中以形成负载钼的已处理的碳；
滗析所述负载钼的已处理的碳；
把所述负载钼的已处理的碳在低的温度干燥；
在氮气流下加热所述负载钼的已处理的碳以形成具有包含钼和钼衍生物的表面的所得到的活性炭；以及，
允许所述负载钼的已处理的碳在使用之前冷却。
16.一种用于除去流体中的沾染物的被表面改性的碳过滤器介质，包含：被含有硫和氧的功能性浸渍的基础碳；以及被形成在所述碳过滤器介质的表面上的催化位点，包括钼(Mo)和钼衍生物；
使得所述碳过滤器介质具有对于能够除去特定的沾染物，包括H2S、SO2、Cl2、CCl4、NH3、和HCHO，的物理吸附和化学吸附的能力。
17.根据权利要求16所述的被表面改性的碳过滤器介质，其中所述碳的平均晶粒大小是约10.47nm，如在X射线衍射下在0.83577的半峰全宽(FWHM)测量的。
18.根据权利要求16所述的被表面改性的碳过滤器介质，其中所述钼(Mo)和钼衍生物主要地以氧化钼(MoO2)的形式被分散。
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