CN106040177A - 一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法，利用了活性炭多孔结构、比表面积大等特点，将氧化锆负载在活性炭孔隙内外表面，可以大大提高活性炭对硫酸盐的吸附效果，同时也避免了纯品氧化锆价格高，颗粒细腻，锆流失严重的问题。制得的改性活性炭在水中的稳定性和耐久性好，对水中硫酸根离子的吸附能力强，吸附速率快，能有效去除水中SO4 2‑离子，减轻其对环境及人体的危害，可用于实际生产应用，在相关水处理领域有较高的应用性和推广性。

Description

一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法。
背景技术
现代工业生产中，尤其是在矿山开采、冶金、化工等行业中，硫酸是必不可少的一个原材料，在国民经济中占有重要的地位。硫酸的消耗量被看作是一个国家工业化程度的指标之一。硫酸作为一种原材料被广泛而大量的使用，在生产过程中产生大量含有硫酸根的废水，这部分废水在生产过程中循环使用，它的处理状况为提高工业水的利用率有着重要的作用。另外，在自然条件下，暴露在地表的金属硫化物矿物的风化氧化也会产生大量含有重金属离子及硫酸根的酸性矿山废水，这些废水或被微生物及植物吸收而进入土壤和沉积物中，或直接汇入河流而污染矿区地表、地下水及土壤，危害生态环境及当地人群健康。长期饮用含有SO4 2-离子的水会引起严重生理危害，如消瘦、膀胱炎、结石等，使人们身体健康遭到严重威胁。
活性炭(GAC)作为应用极为广泛的吸附剂，因其比表面积大，具有多孔结构，制备简单以及成本低、安全可靠等特点，适用于对有机污染物进行吸附，然而在对离子型污染物如硫酸根的吸附效果则有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭的制备方法，包括：
1)取颗粒活性炭，按照固液比(g:mL)1:18～22的比例加入至0.8～1.2M的酸性氧氯化锆溶液中，室温下浸渍搅拌2.5～3.5h；
2)在步骤1)浸渍搅拌后的溶液中逐滴滴加氨水以调节pH值为4.8～5.2，室温继续搅拌反应3.5～4.5h；此过程中必须逐滴滴加氨水，且pH值必须控制在4.8～5.2，因为逐滴滴加氨水至刚好产生沉淀时，沉淀可以在活性炭表面均匀覆盖，这样烘干后才能形成均匀的氧化锆层；若碱性过大，会生成氢氧化锆晶体颗粒，无法均匀覆盖，而且烘干后会形成较大粒的颗粒，从活性炭表面脱落，影响吸附效果；
3)过滤步骤2)得到的溶液，滤渣水洗至中性，得到活性炭滤渣；
4)将步骤3)得到的活性炭滤渣置于100～110℃烘焙22～26h，得到锆氧化物负载的颗粒活性炭吸附剂，即为所述之用于去除水中硫酸根的改性活性炭，其对水中硫酸根离子的最大吸附容量为70～95mg/g，吸附平衡时间为25～35min。
一实施例中：所述步骤1)中，固液比为1:20，酸性氧氯化锆溶液浓度为1M，室温下浸渍搅拌3h。
一实施例中：所述步骤2)中，逐滴滴加氨水以调节pH值为5，室温继续搅拌反应4h。
一实施例中：所述步骤4)中，在105℃下烘焙24h。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种根据上述的制备方法所制备的用于去除水中硫酸根的改性活性炭。
一实施例中：所述改性活性炭对水中硫酸根离子的最大吸附容量为70～95mg/g，吸附平衡时间为25～35min。
一实施例中：所述改性活性炭吸附水中硫酸根的最佳条件为pH值4～5。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明使用的氧化锆，对硫酸根离子具有较强的亲和力，且利用了活性炭多孔结构、比表面积大等特点，将氧化锆负载在活性炭孔隙内外表面，对活性炭进行了表面修饰，可以大大提高活性炭对硫酸盐的吸附效果，同时也避免了纯品氧化锆价格高，颗粒细腻，锆流失严重的问题。制得的改性活性炭在水中的稳定性和耐久性好，对水中硫酸根离子的吸附能力强，吸附速率快，能有效避免SO4 2-离子对环境及人体产生危害，可用于实际生产应用，在相关水处理领域有较高的应用性和推广性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的改性活性炭外观示意图。
图2为本发明的改性活性炭改性前后的电镜照片，其中a为改性前的普通活性炭GAC，b为改性后的活性炭Zr-GAC。
图3为本发明的改性活性炭吸附等温线示意图。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
1)取称量好的5.00g颗粒活性炭，倒入盛有100mL 1.0M的酸性氧氯化锆溶液的250mL烧杯或锥形瓶中，室温下浸渍搅拌3h；
2)使用滴定管在步骤1)浸渍搅拌后的溶液中逐滴滴加1:1的氨水(即市售含氨28％～29％的浓氨水与水以体积比为1:1混合配制的溶液)以调节pH值为5，室温继续搅拌反应4h；
3)使用布式漏斗过滤步骤2)得到的溶液，滤渣用去离子水洗至滤液呈中性，得到活性炭滤渣；
4)将步骤3)得到的活性炭滤渣收集在培养皿内，转移至恒温干燥箱，105℃烘焙24h，得到锆氧化物负载的颗粒活性炭吸附剂Zr-GAC，即为所述之用于去除水中硫酸根的改性活性炭。如图1所示，该改性活性炭外观呈黑色粉末，与原来活性炭相比颜色略淡，偏灰色。
如图2所示，改性前的活性炭(图2a)吸附剂微观结构为典型的多孔结构，大孔结构尤为明显，尺寸在几十微米。改性后(图2b)，表面大孔结构被一层物质包裹覆盖，比表面积减少。能谱分析表面覆盖物为锆氧化物，其表面仍然可见一些微小孔隙结构。
如图3所示，测试了Zr-GAC对吸附饮用水中SO4 2-离子的能力，测试条件为：吸附剂量2g/L，反应时间2h，温度298.15K，溶液pH 6.8。结果表明：Zr-GAC吸附剂对SO4 2-离子的吸附等温线较为符合Langmuir型吸附等温线；通过计算得知，Zr-GAC吸附剂的最大吸附容量约为73mg/g。
另测试了在pH为4～5的酸性条件下的吸附情况，结果显示，Zr-GAC吸附剂在pH为4～5的酸性条件下吸附能力更强，其最大吸附量可达90mg/g，吸附平衡时间为30min。测试结果证明，本发明的改性活性炭材料对饮用水中的SO4 2-离子有良好吸附效果，且吸附速率也较快，在相关水处理领域有较高的应用性和推广性。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭的制备方法，其特征在于：包括：
1)取颗粒活性炭，按照固液比1:18～22的比例加入至0.8～1.2M的酸性氧氯化锆溶液中，室温下浸渍搅拌2.5～3.5h；
2)在步骤1)浸渍搅拌后的溶液中逐滴滴加氨水以调节pH值为4.8～5.2，室温继续搅拌反应3.5～4.5h；
3)过滤步骤2)得到的溶液，滤渣水洗至中性，得到活性炭滤渣；
4)将步骤3)得到的活性炭滤渣置于100～110℃烘焙22～26h，得到锆氧化物负载的颗粒活性炭吸附剂，即为所述之用于去除水中硫酸根的改性活性炭，其对水中硫酸根离子的最大吸附容量为70～95mg/g，吸附平衡时间为25～35min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，固液比为1:20，酸性氧氯化锆溶液浓度为1M，室温下浸渍搅拌3h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，逐滴滴加氨水以调节pH值为5，室温继续搅拌反应4h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，在105℃下烘焙24h。
5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法所制备的用于去除水中硫酸根的改性活性炭。
6.根据权利要求5所述的改性活性炭，其特征在于：所述改性活性炭对水中硫酸根离子的最大吸附容量为70～95mg/g，吸附平衡时间为25～35min。
7.根据权利要求5所述的改性活性炭，其特征在于：所述改性活性炭吸附水中硫酸根的最佳条件为pH值4～5。
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