CN109665526A - 一种利用水热法制备富锶活性炭的方法 - Google Patents

一种利用水热法制备富锶活性炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，包括如下步骤：a)活性炭预处理，将配比活性炭置于稀释的食用盐酸溶液中加热进行除杂清洗，再进行抽滤，然后将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液，再用水将其煮沸后，反复漂洗至pH值为6.5～8.5，置于烘箱中进行烘干待用；b)浸渍负载锶盐，取经预处理后的配比活性炭，缓慢加入到具有扩散剂和耦合剂的浸渍液中浸渍搅拌10min，然后在浸渍液中添加锶盐溶液，混合搅拌均匀；c)水热反应过程，浸渍活性炭溶液置于水热反应釜中，待水热反应温度升至130℃～250℃，反应釜压力达1Mpa左右，恒温2～6小时，反应完成后静待降温，抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干，制得浸渍‑水热富锶活性炭。

Description

一种利用水热法制备富锶活性炭的方法
技术领域
本发明属于活性炭深加工制备技术领域及应用。具体涉及富锶活性炭在饮用水领域中的应用。
背景技术
众所周知，水是人体的最重要组成，但多年来水对人体的营养贡献常常被忽略。自然水体中含有钙、镁、钠、钾、碳酸氢盐、硫酸盐、硅、锌、碘、氟、铬、锂、钼、硒、钴、钒等多种溶解性矿物离子，他们是生物利用率良好的优质矿物质来源，因此喝适量的天然矿泉水是对身体有好处的，可以为人体补充一些微量元素。其中适量的矿物元素锶对人体健康有益，锶可调节骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，并促进骨基质蛋白的合成和沉淀，因此锶对成骨细胞分化和骨生成促进作用；饮用水及尿液中锶的水平与高血压性心脏病呈显著负相关，其作用机制可能是锶在肠内与钠竞争性吸收，从而减少钠的吸收，增加体内钠的排泄。体内钠过多，易引起高血压及心血管疾病，而锶能减少人体对钠的吸收，故有预防心血管疾病的作用。
然而我国饮用水中锶水平甚微，由于饮食习惯不同，可能会造成部分人群锶摄入量不足，5mg/L以下的含锶型矿泉水，有益于人体健康，而又不会产生不良的作用。如何提高饮用水中锶离子、偏硅酸根的含量，将逐渐成为保证饮用水水质所关注的重点。
以浸渍、共沉淀等改性方法制备的载锶活性炭，存在活性组分微晶堵塞微孔孔隙，孔容减少、吸附容量降低；活性组分和载体结合不牢固，易脱落等问题。针对上述不足，对浸渍-载锶活性炭进一步水热改性，制得用于改善饮用水口感的富锶活性炭。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，该方法采用浸渍-水热法对配比活性炭进行载锶改性处理，用以改善活性炭的吸附性能，所制备的活性炭既改善其孔结构特性及表面化学特性,又能够在活性炭上负载锶离子及偏硅酸根组分，使其在饮水机后置滤芯的使用过程中缓慢的释放出适量的对人体健康有益的锶离子及偏硅酸根离子。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于包括以下过程：a)活性炭预处理，将配比活性炭置于稀释的盐酸溶液中加热进行除杂清洗，再进行抽滤，然后将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液，再用水将其煮沸后，反复漂洗至pH值为6.5～8.5，最后置于烘箱中进行烘干待用；b)浸渍负载锶盐，取步骤a)经预处理后的配比活性炭，缓慢加入到浸渍液中，即硅酸钠溶液中浸渍搅拌10～20min，然后在浸渍液中添加一定量的锶盐溶液，混合搅拌均匀浸渍；c)水热反应过程，将步骤b)得到的浸渍活性炭溶液置于水热反应釜中，启动自动升温程序，待反应温度升至1930℃～250℃，反应釜压力达1Mpa左右，保持恒温2～6小时，反应完成后静待降温，反应釜温度降至50℃以下，卸压出料进行抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干，制得浸渍-水热富锶活性炭。
进一步的上述步骤a)将活性炭预处理的具体方法是：将配比活性炭置于浓度为(4～10)wt％的稀盐酸溶液中边搅拌边加热，加热煮炭30～60min，0.5小时后抽滤，然后用纯水将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液，再用纯水将其煮沸0.5～1小时后，漂洗至pH值为6.5～8.5，最后在105～120℃下烘干。
进一步的上述步骤b)浸渍负载锶盐的具体方法是：取经预处理后的配比活性炭适量，置于浓度为0.1～0.3mol/L过量的硅酸钠溶液中浸渍搅拌10～20min，然后在浸渍液中添加浓度为0.05～0.5mol/L的锶盐溶液，混合搅拌均匀,在常温下缓慢的加入到水热反应釜中,进行水热反应。
进一步的所述步骤c)水热反应温度为130℃～250℃，压力为1Mpa左右，保持恒温2～6小时。
进一步的所述步骤c)中水热反应釜升温速率3～8℃/min。
进一步的所述活性炭为竹质活性炭及椰壳活性炭的混合配比,质量比为2～4:3～1。
进一步的所述活性炭为物理法生产活性炭,活性炭可用粒径高于等于120目或更细。
进一步的所述浸渍液中加入扩散剂及螯合剂。
进一步的所述扩散剂及螯合剂为硅酸钠。
进一步的所述锶盐为氯化锶六水合物。
本发明具有如下的优点和积极效果：
1、活性炭经稀盐酸溶液缓和氧化处理后，孔内部分杂质被除去，孔容有所增大，但微孔结构变化不大；且活性炭的pH值被调节到6.5～8.5的范围，符合国家生活饮用水卫生标准中pH值的要求(根据GB 5749-2006生活饮用水卫生标准)。
2、本发明对经过预处理的配比活性炭再进行浸渍-水热反应载锶的改性处理，使活性炭具有丰富的微孔和中孔结构，石墨化程度降低。同时，使锶离子及偏硅酸根以稳定的状态均匀地负载于活性炭上，其主要以偏硅酸盐配合物的形态存在。经过前期预处理的饮用水流经饮水机后置富锶活性炭过滤芯，负载在活性炭上的锶离子及偏硅酸根随着水流，不断地缓慢释放到饮用水中，被人体饮用后被充分吸收，从而改善我国饮用水中锶含量甚微的局面，更能满足人体对锶及偏硅酸的需求。
3、本发明所用到的活性炭质量配比，可以最大程度的提高竹质活性炭及椰壳活性炭的附加价值，较大程度上降低生产企业的生产成本。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
1.浸渍-水热法富锶活性炭的制备,包括以下步骤：
(a)预处理过程：
将配比活性炭置于浓度为(4～10)wt％的盐酸溶液中边搅拌边加热，加热煮炭30～60min，静置0.5小时后抽滤，然后用纯水将配比活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液，再用纯水将其煮沸0.5～1小时后，漂洗至pH值为6.5～8.5，最后在105～120℃下烘干待用。
(b)浸渍负载过程：
取经预处理后的活性炭适量，置于浓度为0.1～0.3mol/L过量的硅酸钠溶液中浸渍搅拌10～20min，然后在浸渍液中添加浓度为0.05～0.5mol/L的锶盐溶液，混合搅拌均匀,在常温下缓慢的加入到水热反应釜中,进行水热反应。
(c)水热反应过程：
将置于水热反应釜中的配比活性炭溶液，升温进行水热反应，待反应釜温度升至130℃～250℃，压力达1Mpa左右，保持恒温2～6小时，反应完成后静待降温，温度降至50℃以下，卸压出料进行抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干，制得浸渍-水热富锶活性炭。
其中，所述预算处理过程中，取一定量的活性炭置于大的烧杯中，边搅拌边缓慢加入浓度为(4～10)wt％的稀释盐酸，活性炭与盐酸溶液的质量比按1：1.2～1.8的比例进行添加；所述盐酸为食用盐酸。边加热边搅拌，直至溶液沸腾30～60min即完成盐酸除灰的过程。所述活性炭的细度高于等于120目(目是衡量粉末细度的单位，粉末粒径越小，目数也高)，这里所述的活性炭细度高于等于120目，优选以150目为准，活性炭的细度为(120～180)目或者更细。
其中，所述活性炭、锶盐和扩散剂的质量比例为1:1～5:5～12，优选的锶盐为2、扩散剂为8.5。
其中，在水热反应步骤时，水热反应升温速率为3～8℃/min，优选的升温速率为5℃/min。缓慢的升温速率以促进扩散剂与活性炭表面更好的接触均匀，提高水热反应过程中锶离子能更好的与炭相结合，从而使锶离子能在炭表面均匀的分布，不堆积。
其中，在水热反应步骤中，所述反应温度为190℃～250℃，优选的温度为230℃；保持恒温2～6小时，优选的时间为4小时。
实例1
按重量称取150目以上的配比活性炭50g，质量配比比例为3:2。置于3L的烧杯中，边搅拌边缓慢的往里加入70g浓度为4wt％的稀释食用盐酸，搅拌10min后,开始加热，边加热边搅拌，直至活性炭溶液沸腾40min，冷却0.5小时后抽滤，然后用纯水将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液；再用纯净水将其煮沸0.5小时后，抽滤漂洗至pH值为6.5～8.5，即完成盐酸除灰的过程，最后在105～120℃下烘干待用。
按重量称取经盐酸除杂预处理后的配比活性炭4g，置于600mL浓度为0.2mol/L的硅酸钠溶液中浸渍搅拌10min，然后在浸渍液中添加150mL浓度为0.2mol/L的氯化锶溶液，混合搅拌均匀,在常温下缓慢的加入到水热反应釜中。启动水热反应釜自动搅拌及升温程序，搅拌速率为150转/分钟，升温速率为5℃/min，待水热温度升至230℃，反应釜压力达1Mpa左右，降低搅拌速率至100转/分钟，保持恒温4小时，水热反应完成后自动降温，当温度降至50℃以下，卸压出料进行抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干4小时，制得浸渍-水热富锶活性炭。
称取制得的富锶活性炭2～4g，装入特制的石英反应管中，以下进上出的进出水方式，并使纯净水流经富锶活性炭炭层，与炭层充分接触。设定纯净水流速为0.35～0.7L/min，根据出水口设定的出水量，取出水口水质进行OES检测，检测其水中的重金属离子含量是否符合GB 8537-2008《饮用天然矿泉水》国家标准。经OES检测，流经富锶活性炭出水口的水质中锶及偏硅酸含量都达到了天然饮用矿泉水标准，具有较高的开发价值与利用前景。
实例2
按重量称取150目以上的配比活性炭50g，质量配比比例为3:2。置于3L的烧杯中，边搅拌边缓慢的往里加入70g浓度为4wt％的稀释食用盐酸，搅拌10min后,开始加热，边加热边搅拌，直至活性炭溶液沸腾40min，冷却0.5小时后抽滤，然后用纯水将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液；再用纯净水将其煮沸0.5小时后，抽滤漂洗至pH值为6.5～8.5，即完成盐酸除灰的过程，最后在105～120℃下烘干待用。
按重量称取经盐酸除杂预处理后的配比活性炭4g，置于600mL浓度为0.2mol/L的硅酸钠溶液中浸渍搅拌10min，然后在浸渍液中添加150mL浓度为0.2mol/L的氯化锶溶液，混合搅拌均匀,在常温下缓慢的加入到水热反应釜中。启动水热反应釜自动搅拌及升温程序，搅拌速率为150转/分钟，升温速率为5℃/min，待水热温度升至190℃，反应釜压力达1Mpa左右，降低搅拌速率至100转/分钟，保持恒温4小时，水热反应完成后自动降温，当温度降至50℃以下，卸压出料进行抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干4小时，制得浸渍-水热富锶活性炭。
称取制得的富锶活性炭2～4g，装入特制的石英反应管中，以下进上出的进出水方式，并使纯净水流经富锶活性炭炭层，与炭层充分接触。设定纯净水流速为0.35～0.7L/min，根据出水口设定的出水量，取出水口水质进行OES检测，检测其水中的重金属离子含量是否符合GB 8537-2008《饮用天然矿泉水》国家标准。经OES检测，流经富锶活性炭出水口的水质中锶及偏硅酸含量都达到了天然饮用矿泉水标准，具有较高的开发价值与利用前景。后期的使用效果略低于实例1的富锶活性炭。
实例3
按重量称取150目以上的配比活性炭50g，质量配比比例为4:1。置于3L的烧杯中，边搅拌边缓慢的往里加入70g浓度为4wt％的稀释食用盐酸，搅拌10min后,开始加热，边加热边搅拌，直至活性炭溶液沸腾40min，冷却0.5小时后抽滤，然后用纯水将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液；再用纯净水将其煮沸0.5小时后，抽滤漂洗至pH值为6.5～8.5，即完成盐酸除灰的过程，最后在105～120℃下烘干待用。
按重量称取经盐酸除杂预处理后的配比活性炭4g，置于600mL浓度为0.2mol/L的硅酸钠溶液中浸渍搅拌10min，然后在浸渍液中添加150mL浓度为0.2mol/L的氯化锶溶液，混合搅拌均匀,在常温下缓慢的加入到水热反应釜中。启动水热反应釜自动搅拌及升温程序，搅拌速率为150转/分钟，升温速率为5℃/min，待水热温度升至230℃，反应釜压力达1Mpa左右，降低搅拌速率至100转/分钟，保持恒温4小时，水热反应完成后自动降温，当温度降至50℃以下，卸压出料进行抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干4小时，制得浸渍-水热富锶活性炭。
称取制得的富锶活性炭2～4g，装入特制的石英反应管中，以下进上出的进出水方式，并使纯净水流经富锶活性炭炭层，与炭层充分接触。设定纯净水流速为0.35～0.7L/min，根据出水口设定的出水量，取出水口水质进行OES检测，检测其水中的重金属离子含量是否符合GB 8537-2008《饮用天然矿泉水》国家标准。经OES检测，流经富锶活性炭出水口的水质中锶及偏硅酸含量都达到了天然饮用矿泉水标准，具有较高的开发价值与利用前景。
实例4
按重量称取150目以上的配比活性炭50g，质量配比比例为4:1。置于3L的烧杯中，边搅拌边缓慢的往里加入70g浓度为4wt％的稀释食用盐酸，搅拌10min后,开始加热，边加热边搅拌，直至活性炭溶液沸腾40min，冷却0.5小时后抽滤，然后用纯水将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液；再用纯净水将其煮沸0.5小时后，抽滤漂洗至pH值为6.5～8.5，即完成盐酸除灰的过程，最后在105～120℃下烘干待用。
按重量称取经盐酸除杂预处理后的配比活性炭4g，置于600mL浓度为0.2mol/L的硅酸钠溶液中浸渍搅拌10min，然后在浸渍液中添加150mL浓度为0.2mol/L的氯化锶溶液，混合搅拌均匀,在常温下缓慢的加入到水热反应釜中。启动水热反应釜自动搅拌及升温程序，搅拌速率为150转/分钟，升温速率为5℃/min，待水热温度升至190℃，反应釜压力达1Mpa左右，降低搅拌速率至100转/分钟，保持恒温4小时，水热反应完成后自动降温，当温度降至50℃以下，卸压出料进行抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干4小时，制得浸渍-水热富锶活性炭。
称取制得的富锶活性炭2～4g，装入特制的石英反应管中，以下进上出的进出水方式，并使纯净水流经富锶活性炭炭层，与炭层充分接触。设定纯净水流速为0.35～0.7L/min，根据出水口设定的出水量，取出水口水质进行OES检测，检测其水中的重金属离子含量是否符合GB 8537-2008《饮用天然矿泉水》国家标准。经OES检测，流经富锶活性炭出水口的水质中锶及偏硅酸含量都达到了天然饮用矿泉水标准，具有较高的开发价值与利用前景。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)活性炭预处理，将配比活性炭置于稀释盐酸溶液中加热进行除杂清洗，再进行抽滤，然后将活性炭进行反复洗涤，洗去表面残留的酸液，再用水将其煮沸反复漂洗，置于烘箱中进行烘干待用；
(2)浸渍负载锶盐，取经预处理后的配比活性炭，缓慢加入到具有扩散剂和藕合剂的浸渍液中浸渍搅拌10-30min，然后在浸渍液中添加锶盐溶液，混合搅拌均匀浸渍；
(3)水热反应过程，浸渍活性炭溶液置于水热反应釜中，待水热反应温度升至130℃～250℃，反应釜压力达1Mpa左右，恒温2～6小时，反应完成后静待降温，抽滤清洗，洗去表面残留的浸渍液，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干，制得浸渍-水热富锶活性炭。
2.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述配比活性炭为物理法生产的竹质活性炭与椰壳活性炭的配比混合料，质量配比比例为2～4:3～1。
3.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述除杂盐酸为食用盐酸，浓度为(4～10)wt％。
4.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，所述活性炭pH值为6.5～8.5。
5.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述浸渍液中加入有扩散剂和耦合剂。
6.如权利要求6所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，所述扩散剂和耦合剂为硅酸钠。
7.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，所述活性炭、锶盐和扩散剂的质量比例为1:1～5:5～12。
8.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述水热反应釜升温速率为3～8℃/min。
9.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述活性炭的搅拌速率80～150转/分钟,，采用分段方式；所述水热反应温度为130℃～250℃，达到设定温度后，降低搅拌速率，保持恒温2～6小时，然后停止加热，开始卸压降温，待物料冷却至50℃后出料，抽滤清洗，后置于烘箱中于120℃～150℃进行烘干。
10.如权利要求9所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，所述分段方式为：在水热反应釜中的活性炭溶液温度达到设定温度前，持续搅拌速率为120～150转/分钟；温度达到设定温度时，降低搅拌速率到80～100转/分钟，直至反应结束。
11.如权利要求1所述的一种利用水热法制备富锶活性炭的方法，其特征在于，所述活性炭的细度高于等于120目。
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