CN106242038B - 一种改性活性炭填料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性活性炭填料，以活性炭为原料，经硅烷偶联剂对活性炭表面羟基进行改性制得。本发明提供的改性活性炭填料，将成本较低的硅烷偶联剂与活性炭结合在一起，引入了新型基团，改进了活性炭填料的物理和化学性质，不仅强化能废水中总磷、总氮和悬浮物去除效果，还能有效降解水中的油类、阴离子表面活性剂等物质，解决了污水深度处理过程中有机物、总磷、总氮、悬浮物等指标难降解难题，应用范围更广，经济成本较低。

Description

一种改性活性炭填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理药剂，具体涉及一种改性活性炭填料及其制备方法和应用。
背景技术
活性炭是曝气生物滤池中常用的粒状填料，通常作为生物载体，使污水中的有机物得到吸附、截留与生物分解。在曝气生物滤池提标升级升级改造过程中，需要增加深度处理部分，现有技术中深度处理部分往往只采取投加絮凝剂的方法，通过增加絮凝加药和滤池等进一步降低总磷、悬浮物等指标，将一级B出水标准提升到一级A标准。但是，在深度处理过程中，通过投加聚合氯化铝或者其他絮凝药剂对总磷进行降解时，存在不稳定或者效果不佳现象，难以降解水中溶解状态的磷酸盐，总磷、悬浮物、总氮等指标难以达标，另外，污水中的油类、阴离子表面活性剂等物质也会影响污水处理效果，导致出水不稳定或者不达标，带来极大风险。
发明内容
针对上述缺点，本发明通过合成一种新型填料，在经济合理的前提下，有针对性地解决了影响出水达标的各类因素，保证了污水处理效果。
本发明提供了一种改性活性炭填料，以活性炭为原料，经硅烷偶联剂对活性炭表面羟基进行改性制得。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
优选地，本发明提供的改性活性炭填料的制备方法，具体步骤为：以活性炭和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为原料，先使γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产生三个硅羟基，然后，硅羟基再与活性炭表面羟基缩合脱水，得到所述改性活性炭填料。
更优选地，本发明提供的改性活性炭填料的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：将γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水和醇溶剂按照体积比1∶1-2∶15-30的比例混合均匀，调节pH值在5.2-5.5，进行水解反应，反应时间控制在6-6.5小时，制得彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物；
S2：将制得的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物、活性炭和醇溶剂按照1L水解产物：900-1200g活性炭：1-2L醇溶剂的比例混合，并进行搅拌，调节pH值在6.0-6.5，进行改性反应，反应时间控制在7-8小时，制得完全改性的液态活性炭填料；
S3：将完全改性的液态活性炭填料在40-45℃下进行固化处理，固化时间为10-12小时，制得完全改性的固态活性炭填料。
优选地，S1和S2中的醇溶剂均为60-90％的乙醇。
更优选地，S1和S2中的醇溶剂均为75％的乙醇。
更优选地，S1中，所述γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水和醇溶剂的体积比1∶1.5∶20。
本发明提供的改性活性炭填料，主要用于污水深度处理过程中有机物、总磷、总氮和悬浮物的降解。
本发明将成本较低的硅烷偶联剂与活性炭结合在一起，引入了新型基团，改进了活性炭填料物理和化学性质，得到了新的硅烷偶联剂改性的活性炭填料；将其用作污水深度处理部分强化水处理效果，将水中残余顽固有机物以及加入聚合氯化铝后产生的悬浮物絮体吸附至活性炭表面，进一步降低总磷、阴离子表面活性剂等物质；另一方面活性炭填料引入了环氧基团，可以与污水中总氮等含氨基的物质进行化学反应，进一步降低出水总氮、氨氮等指标，强化总磷、总氮和悬浮物去除效果，有效降解水中的油类、阴离子表面活性剂等物质；投加方式简单，应用效果好，具有极大推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的改性活性炭填料的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种改性活性炭填料，具体以活性炭为原料，经γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷对活性炭表面羟基进行改性制得，具体以活性炭和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为原料，先使γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产生三个硅羟基，然后，硅羟基再与活性炭表面羟基缩合脱水，得到。
基于同一种发明构思，本发明还提供了上述改性活性炭填料的具体制备方法，具体包括以下步骤：
S1：将γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水和醇溶剂按照体积比1∶1-2∶15-30的比例混合均匀，调节pH值在5.2-5.5，反应时间控制在6-6.5小时，制得彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物；
具体化学反应如式(I)所示：
S2：将制得的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物、活性炭和醇溶剂按照1L水解产物：900-1200g活性炭：1-2L醇溶剂的比例混合，并进行搅拌，调节pH值在6.0-6.5，反应时间控制在7-8小时，制得所述改性活性炭填料；
具体化学反应如式(II)所示：
S3：将完全改性的液态活性炭填料在40-45℃下进行固化处理，固化时间为10-12小时，制得完全改性的固态活性炭填料。
实施例1
分别量取100mL的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、150mL的水和2000mL的75％乙醇，将称取的各组分混合在反应器内，并进行搅拌，直至均匀，调节溶液pH值在5.5，反应时间控制在6.5小时，制得彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物；
量取上述制得的彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物1000mL、活性炭900g、75％乙醇2000mL，在反应器内将彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物与上述活性炭和75％乙醇进行混合并充分搅拌，调节pH值在6.2，反应时间控制在7.8小时，制得完全改性的液态活性炭填料；
将完全改性的液态活性炭填料放置在40℃恒温箱内，进行固化处理，固化时间为10小时，制得完全改性的固态活性炭填料。
实施例2
分别量取100mL的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、100mL的水和1500mL的90％乙醇，将称取的各组分混合在反应器内，并进行搅拌，直至均匀，调节溶液pH值在5.2，反应时间控制在6小时，制得彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物；
量取上述制得的彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物1000mL、活性炭1000g、90％乙醇1500mL，在反应器内将彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物与上述活性炭和90％乙醇进行混合并充分搅拌，调节pH值在6.0，反应时间控制在7小时，制得完全改性的液态活性炭填料；
将完全改性的液态活性炭填料放置在40℃恒温箱内，进行固化处理，固化时间为12小时，制得完全改性的固态活性炭填料。
实施例3
分别量取100mL的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、200mL的水和3000mL的60％乙醇，将称取的各组分混合在反应器内，并进行搅拌，直至均匀，调节溶液pH值在5.4，反应时间控制在6小时，制得彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物；
量取上述制得的彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物1000mL、活性炭1200g、60％乙醇1000mL，在反应器内将彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物与上述活性炭和60％乙醇进行混合并充分搅拌，调节pH值在6.5，反应时间控制在8小时，制得完全改性的液态活性炭填料；
将完全改性的液态活性炭填料放置在45℃恒温箱内，进行固化处理，固化时间为10小时，制得完全改性的固态活性炭填料。
上述实施例1-实施例3制得的改性活性炭填料按照上述过程进行量产，即可制得大剂量改性活性炭填料，应用污水处理现场，用于污水深度处理过程中有机物、总磷、总氮和悬浮物的降解。
其中：改性活性炭填料与污水中的总氮等含氨基的物质进行化学反应，具体如式(III)所示：
实施例4
使用实施例1制得的改性活性炭填料作为示例，对6组污水进行污水深度处理，具体步骤为：曝气生物滤池生化阶段出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级B标准，然后对出水进行加药，加入絮凝剂，再进入混凝沉淀池，对污水进行深度处理，所述混凝沉淀中加入的填料为实施例1所制得的改性活性炭填料，通过改性活性炭填料将水中残余顽固有机物以及加入聚合氯化铝后产生的悬浮物絮体吸附至活性炭表面，进一步降低总磷、阴离子表面活性剂等物质；另一方面由于改性活性炭填料引入了环氧基团，可以与污水中总氮等含氨基的物质进行化学反应，进一步降低出水总氮、氨氮等指标。通过是否使用填料对比出水的指标，具体工艺流程图如图1所示，得到的相关数据如图表1所示。
表1使用改性活性炭填料前后出水指标对比
由表1可以看出，在污水深度处理部分使用了本发明实施例1制得的改性活性炭填料，和未使用填料相比，6组污水的出水总氮、氨氮、悬浮物以及阴离子表面活性剂均有大幅度降低。
综上，本发明提供的改性活性炭填料，能够有效的降低总磷、出水氨氮、阴离子表面活性剂等物质。通过在污水进行深度处理工艺中添加改性活性炭填料，改进了传统污水处理方法缺点，解决了深度处理部分总磷、总氮等指标降解难题，能够有效确保污水处理各项指标达到排放标准。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种改性活性炭填料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：以活性炭和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为原料，先使γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产生三个硅羟基，然后，硅羟基再与活性炭表面羟基缩合脱水，得到所述改性活性炭填料；
具体操作步骤为：
S1：将γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水和醇溶剂按照体积比1∶1-2∶15-30的比例混合均匀，调节pH值在5.2-5.5，进行水解反应，反应时间控制在6-6.5小时，制得彻底水解的外观混浊型γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物；
S2：将制得的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解产物、活性炭和醇溶剂按照1L水解产物：900-1200g活性炭：1-2L醇溶剂的比例混合，并进行搅拌，调节pH值在6.0-6.5，进行改性反应，反应时间控制在7-8小时，制得完全改性的液态活性炭填料；
S3：将完全改性的液态活性炭填料在40-45℃下进行固化处理，固化时间为10-12小时，制得完全改性的固态活性炭填料。
2.根据权利要求1所述的改性活性炭填料的制备方法，其特征在于，S1和S2中的醇溶剂均为60-90％的乙醇。
3.根据权利要求2所述的改性活性炭填料的制备方法，其特征在于，S1和S2中的醇溶剂均为75％的乙醇。
4.根据权利要求1所述的改性活性炭填料的制备方法，其特征在于，S1中，所述γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水和醇溶剂的体积比1∶1.5∶20。
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