CN109248656A - 一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统及方法 - Google Patents

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吴龙
涂佳勇
商中省
李占勇
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Abstract

本发明涉及一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其特征在于：惰性气体气瓶的出气口通过气体管连接至超声雾化器上设置的雾化第一进口，改性试剂储罐的出液口通过液体管连接至超声雾化器上设置的雾化第二进口，上介质板或下介质板上的高压电极连接至高频电源，下介质板或上介质板上的高压电极连接至地线。本发明涉及一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，改性步骤为：1)活性炭活化；2)活性炭改性；3)活性炭收集。本发明设计科学合理，突破目前等离子体改性常用气体介质的限制，开发出更高效、低成本的靶向调控碳基材料表面官能团的等离子体改性方法，从而实现靶向改性过程的可控性。

Description

一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统及方法
技术领域
本发明属于活性炭改性领域，涉及活性炭改性系统及方法，特别涉及一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统及方法。
背景技术
目前，碳基材料(例如活性炭)由于其具有内部孔隙发达、比表面积大、吸附能力强等特点，被广泛的应用在重金属废水处理过程中。研究表明，碳基材料对金属离子的吸附性能与其表层活性官能团的含量及分布等特性有着直接关系。通过靶向修饰改性碳基材料表层官能团来增强碳基材料对金属离子的吸附性能是目前非常热门的研究课题。其中，等离子体技术作为一项高效的表面处理技术，具有清洁、高效、经济和易操作等优点，被广泛应用于材料的表面活化、清洁与改性等。
解强等利用低温O2/N2等离子体将商业活性炭进行表面改性，他们发现O2等离子体改性后活性炭的表面含氧酸性官能团大量增加。而N2等离子体改性后则含氧酸性官能团逐渐减少，含氮官能团逐渐增加，获得了富含硝基、胺基和酰胺基的活性炭。
罗光前等实验证实了在空气气氛下，低温介质阻挡放电(DBD)等离子体可增加椰壳活性炭表面的羰基(C＝O)、酯基(C(O)-O-C)等含氧官能团。
Chen C等通过在高温或者真空条件将液相水转化为水蒸气，是目前已知的将液相介质转化为等离子体可用“介质”的方法。实验结果表明，通过“水蒸气—等离子体技术”改性后的活性炭表面羟基(-OH)和羧基(-COOH)的含量均大大增加。
目前，等离子体改性基本采用气体介质，但可用气体介质的种类存在一定的限制，且利用起来(如PF5)对等离子体改性装置的要求也会相应提升。同时，气体介质在等离子体场中仅提供了官能团形成所需要的O、N、H等必要元素，必须在合适的条件下才能形成相应的官能团，存在效率较低、成本高以及不具有靶向调控等问题。
通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统及方法，将改性试剂雾化成一定粒径的超细颗粒流来作为等离子体反应器中的介质，进而等离子体对活性炭进行改性，能够实现惰性气体、改性试剂及雾化介质流量的调节控制，保证改性效果，提高活性炭的吸附性能。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其特征在于：包括惰性气体气瓶、改性试剂储罐、超声雾化器、反应器及真空泵，所述惰性气体气瓶上设置有出气口，所述出气口通过气体管连接至所述超声雾化器上设置的雾化第一进口，所述改性试剂储罐上设置有出液口，所述出液口通过液体管连接至所述超声雾化器上设置的雾化第二进口，所述超声雾化器上设置有雾化出口，所述雾化出口通过雾化介质管路连接至反应器，所述反应器的两侧壁上分别设置有上介质板及下介质板，所述上介质板及下介质板上均连接有高压电极，所述上介质板或下介质板上的高压电极连接至高频电源，所述下介质板或上介质板上的高压电极连接至地线，所述反应器上连接有真空泵。
而且，所述气体管上设置有惰性气体控制阀。
而且，所述液体管上设置有液体流量控制阀。
而且，所述雾化介质管路上设置有雾化控制阀。
一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其特征在于：所述改性方法的步骤为：
1)活性炭活化：将活性炭放置于反应器中，打开惰性气体控制阀和雾化控制阀，向反应器内通入惰性气体，同时接通高频电源并调节电压值使得反应器内产生等离子体，对反应器内活性炭进行活化预处理；
2)活性炭改性：打开液体流量控制阀，将改性试剂储罐内的配置液体注入到超声雾化器内，打开超声雾化器进行液体雾化，产生的雾化介质由惰性气体携带进入到反应器中，在反应器内与活性炭进行流化改性；
3)活性炭收集：将改性处理完的活性炭取出，用去离子水洗涤并自然风干，备用。
而且，所述步骤1)中惰性气体的流量为20～100ml/min。
而且，所述步骤1)中活化预处理时间为5～10min。
而且，所述步骤2)中流化改性时间为15～30min。
而且，所述步骤2)中雾化介质的颗粒直径为1～10μm。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，将改性试剂雾化成一定粒径的超细颗粒流来作为等离子体反应器中的介质，进而等离子体对活性炭进行改性，能够实现惰性气体、改性试剂及雾化介质流量的调节控制，保证改性效果，提高活性炭的吸附性能。
2、本发明通过将富含目标官能团必要因子的液相化合物转化为等离子体场可用的“介质”，突破目前等离子体改性常用气体介质的限制，开发出更高效、低成本的靶向调控碳基材料表面官能团的等离子体改性技术。同时，也避免了因气体介质的性质，对装置要求高的问题，很大程度上降低了设备需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明
1-惰性气体气瓶、2-出气口、3-改性试剂储罐、4-出液口、5-液体流量控制阀、6-液体管、7-雾化第一进口、8-超声雾化器、9-雾化出口、10-雾化控制阀、11-雾化介质管路、12-上介质板、13-高频电源、14-雾化介质、15-反应器、16-真空泵、17-活性炭、18-下介质板、19-地线、20-雾化第二进口、21-惰性气体控制阀、22-气体管。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，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。
实施例一
一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其创新之处在于：包括惰性气体气瓶1、改性试剂储罐3、超声雾化器8、反应器15及真空泵16，惰性气体气瓶上设置有出气口2，出气口通过气体管22连接至超声雾化器上设置的雾化第一进口7，改性试剂储罐上设置有出液口4，出液口通过液体管6连接至超声雾化器上设置的雾化第二进口20，超声雾化器上设置有雾化出口9，雾化出口通过雾化介质管路11连接至反应器，反应器的两侧壁上分别设置有上介质板12及下介质板18，上介质板及下介质板上均连接有高压电极，上介质板或下介质板上的高压电极连接至高频电源13，下介质板或上介质板上的高压电极连接至地线19，反应器上连接有真空泵。
气体管上设置有惰性气体控制阀21，液体管上设置有液体流量控制阀5，雾化介质管路上设置有雾化控制阀10，能够精确控制惰性气体、改性试剂及雾化介质的流量，保证改性效果。
一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其创新之处在于：改性方法的步骤为：
1)活性炭活化：称取1g活性炭17放置于反应器中，打开惰性气体控制阀和雾化控制阀，向反应器内通入惰性气体，惰性气体的流量为20ml/min，同时接通高频电源并调节电压值为35V，使得反应器内产生等离子体，对反应器内活性炭进行活化预处理5min；
2)活性炭改性：取35ml质量分数为85％的H3PO4溶液与465ml纯水混合，稀释配置成质量分数为10％的H3PO4溶液作为改性试剂，打开液体流量控制阀，将改性试剂储罐内的H3PO4溶液注入到超声雾化器内，打开超声雾化器进行液体雾化，产生颗粒直径为1μm的雾化介质14并由惰性气体携带进入到反应器中，在反应器内与活性炭进行流化改性15min；
3)活性炭收集：将改性处理完的活性炭取出，用去离子水洗涤并自然风干，备用。
实施例二
一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其创新之处在于：包括惰性气体气瓶、改性试剂储罐、超声雾化器、反应器及真空泵，惰性气体气瓶上设置有出气口，出气口通过气体管连接至超声雾化器上设置的雾化第一进口，改性试剂储罐上设置有出液口，出液口通过液体管连接至超声雾化器上设置的雾化第二进口，超声雾化器上设置有雾化出口，雾化出口通过雾化介质管路连接至反应器，反应器的两侧壁上分别设置有上介质板及下介质板，上介质板及下介质板上均连接有高压电极，上介质板或下介质板上的高压电极连接至高频电源，下介质板或上介质板上的高压电极连接至地线，反应器上连接有真空泵。
气体管上设置有惰性气体控制阀，液体管上设置有液体流量控制阀，雾化介质管路上设置有雾化控制阀，能够精确控制惰性气体、改性试剂及雾化介质的流量，保证改性效果。
一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其创新之处在于：改性方法的步骤为：
1)活性炭活化：称取1g活性炭放置于反应器中，打开惰性气体控制阀和雾化控制阀，向反应器内通入惰性气体，惰性气体的流量为20ml/min，同时接通高频电源并调节电压值为35V，使得反应器内产生等离子体，对反应器内活性炭进行活化预处理10min；
2)活性炭改性：取质量分数为5％的葡萄糖溶液作为改性试剂，打开液体流量控制阀，将改性试剂储罐内的H3PO4溶液注入到超声雾化器内，打开超声雾化器进行液体雾化，产生颗粒直径为1μm的雾化介质并由惰性气体携带进入到反应器中，在反应器内与活性炭进行流化改性30min；
3)活性炭收集：将改性处理完的活性炭取出，用去离子水洗涤并自然风干，备用。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其特征在于：包括惰性气体气瓶、改性试剂储罐、超声雾化器、反应器及真空泵，所述惰性气体气瓶上设置有出气口，所述出气口通过气体管连接至所述超声雾化器上设置的雾化第一进口，所述改性试剂储罐上设置有出液口，所述出液口通过液体管连接至所述超声雾化器上设置的雾化第二进口，所述超声雾化器上设置有雾化出口，所述雾化出口通过雾化介质管路连接至反应器，所述反应器的两侧壁上分别设置有上介质板及下介质板，所述上介质板及下介质板上均连接有高压电极，所述上介质板或下介质板上的高压电极连接至高频电源，所述下介质板或上介质板上的高压电极连接至地线，所述反应器上连接有真空泵。
2.根据权利要求1所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其特征在于：所述气体管上设置有惰性气体控制阀。
3.根据权利要求1所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其特征在于：所述液体管上设置有液体流量控制阀。
4.根据权利要求1所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性系统，其特征在于：所述雾化介质管路上设置有雾化控制阀。
5.一种基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其特征在于：所述改性方法的步骤为：
1)活性炭活化：将活性炭放置于反应器中，打开惰性气体控制阀和雾化控制阀，向反应器内通入惰性气体，同时接通高频电源并调节电压值使得反应器内产生等离子体，对反应器内活性炭进行活化预处理；
2)活性炭改性：打开液体流量控制阀，将改性试剂储罐内的配置液体注入到超声雾化器内，打开超声雾化器进行液体雾化，产生的雾化介质由惰性气体携带进入到反应器中，在反应器内与活性炭进行流化改性；
3)活性炭收集：将改性处理完的活性炭取出，用去离子水洗涤并自然风干，备用。
6.根据权利要求5所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其特征在于：所述步骤1)中惰性气体的流量为20～100ml/min。
7.根据权利要求5所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其特征在于：所述步骤1)中活化预处理时间为5～10min。
8.根据权利要求5所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其特征在于：所述步骤2)中流化改性时间为15～30min。
9.根据权利要求5所述的基于雾化液相介质等离子体的活性炭改性方法，其特征在于：所述步骤2)中雾化介质的颗粒直径为1～10μm。
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