CN116351398A - 用于去除2-mib的氮改性活性炭及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于去除2‑甲基异茨醇(2‑MIB)的氮改性活性炭及其制备方法和应用，属于活性炭的制备技术领域。该方法包括以下步骤：首先将经过预处理的活性炭和氮源化合物加入至水中进行浸渍处理，得到浸渍后的混合物，随后将浸渍后的混合物依次进行固化、热处理反应，得到氮改性活性炭粗料，其中，热处理反应的温度为400‑900℃。本公开所制备的氮改性活性炭对2‑MIB具有较强的吸附性能，可用于水净化处理中去除土霉味的2‑MIB。
Description
技术领域
本公开涉及活性炭的制备技术领域，尤其涉及一种用于去除2-MIB的氮改性活性炭及其制备方法和应用。
背景技术
近几十年来，嗅味问题一直是饮用水处理中的一个关键问题。导致饮用水出现嗅味问题的致嗅物质种类较多，其中最为常见的是二甲基异崁醇(2-MIB)，2-MIB具有强烈的土霉味且气味阈值极低(小于10ng·L-1)。
活性炭吸附法因其效率高、操作方便、成本低而成为最广泛使用的嗅味处理策略之一。相关技术已表明2-MIB的吸附量与活性炭的比表面积和微孔孔容等物理因素显著相关。但活性炭(PAC)的微孔开发存在上限，且实际应用中受吸附容量等限制导致其投量增大，从而导致成本和污泥增加。关于与2-MIB吸附相关的化学性质，已明确含氧官能团不利于吸附，含有许多氧基团的炭表现出相对较低的2-MIB吸附率。目前活性炭对2-MIB吸附仍存在吸附容量小、选择性差等问题。含氮官能团的活性炭近年来被证实具有较高活性的吸附及催化性能，但对于含氮官能团的炭对2-MIB吸附的影响仍不明确。
发明内容
针对上述技术问题，本公开提供一种用于去除2-MIB的氮改性活性炭及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，提供了一种氮改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：将经过预处理的活性炭和氮源化合物加入至水中，进行浸渍处理，得到浸渍后的混合物；将上述浸渍后的混合物依次进行烘干、热处理反应，得到氮改性活性炭粗料，其中，热处理反应的温度为400-900℃。
在本公开的实施例中，热处理反应条件为：在惰性气体氛围下，以5-15℃/min的升温速率升温至400-900℃，在400-900℃的热处理温度下煅烧0.5-3h。
进一步地，热处理温度为500-800℃，热处理时间为1-2h。
在本公开的实施例中，浸渍处理条件为：在25-100℃的温度下浸渍反应12-48h。
在本公开的实施例中，经过预处理的活性炭和氮源化合物的质量比为0.5:1-2:1。
在本公开的实施例中，烘干条件为：在95-110℃的温度下烘干12-24h。
进一步地，烘干温度为105℃。
在本公开的实施例中，氮源化合物包括乙二胺、氨水、尿素中的至少一种。
在本公开的实施例中，制备方法还包括：对氮改性活性炭粗料依次进行洗涤、烘干，制得氮改性活性炭成品。
作为本公开的另一个方面，提供了一种通过如上述的方法得到的氮改性活性炭。
作为本公开的又一个方面，提供了一种采用上述的氮改性活性炭在水净化处理领域中的应用。
从上述技术方案可以看出，本公开提供的用于去除2-MIB的氮改性活性炭及其制备方法和应用至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
根据本公开的实施例，活性炭上氮元素的存在形式由热解温度决定的，使用氮源化合物对活性炭表面进行改性会进一步影响2-甲基异茨醇(2-MIB)与活性炭表面之间的相互作用。本公开活性炭上的氮元素的存在形式主要由热处理的温度决定的。当热处理温度为400-900℃时，使活性炭上的氮元素转化为吡咯和吡啶酮(N3)，并且保留热处理在升温过程中生成的酰胺类官能团。其中，吡啶酮和酰胺(N2)可以形成协同作用，两者能够与2-MIB形成电子供体-受体(EDA)相互作用。具体地，2-MIB的-OH的未配对电子充当与缺电子的吡啶酮相互作用的电子供体，而2-MIB上低电子密度的-CH3与活性炭上的电子受体官能团-NH2相结合，同时进一步提高了氮改性活性炭微孔孔径的比例，通过电子供体受体相互作用可以较大地促进氮改性活性炭对2-MIB的吸附作用。浸渍法使氮源化合物中的含氮官能团与活性炭更充分的结合在一起，进一步提高氮改性活性炭的比表面积使其暴露更多的活性位点，从而强化对2-MIB的吸附作用。
根据本公开的实施例，氮改性活性炭具有较强的吸附性能和较好的选择性，可以用于水质净化领域，具有较大的应用前景。
附图说明
以下结合附图对本公开做进一步详细描述。
图1示意性示出了根据本公开实施例提出的一种氮改性活性炭的制备方法流程图；
图2a示意性示出了原始活性炭的X射线光电子能谱(xps)图；
图2b示意性示出了根据本公开实施例1的方法制备的氮改性煤质炭的X射线光电子能谱(xps)图；
图3a示意性示出了根据本公开实施例的方法在600℃的热处理条件下制备的氮改性煤基炭的氮元素特征峰(N1s)能谱图；
图3b示意性示出了根据本公开实施例的方法在800℃的热处理条件下制备的氮改性煤基炭的氮元素特征峰(N1s)能谱图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的方法在600℃和800℃的热处理改性条件下制备的氮改性煤质炭AC600、AC800和原始活性炭AC0对2-MIB在超纯水中去除的效果示意图；
图5示意性示出了根据本公开实施例的方法在600℃和800℃的热处理改性条件下制备的氮改性煤质炭AC600、AC800和原始活性炭AC0对2-MIB在珠海(实际)水中去除的效果示意图；
图6示意性示出了根据本公开实施例中的方法在600℃和800℃的热处理改性条件下制备的氮改性煤质炭AC600、AC800和原始活性炭AC0在不同活性炭(PAC)投加量下对2-MIB在珠海(实际)水中去除的效果示意图；
图7示意性示出了根据本公开实施例1中的方法制备的氮改性煤基炭AC600和原始活性炭AC0在不同pH下在10mg/L投加量时对2-MIB在珠海(实际)水中的吸附容量图；
图8示意性示出了根据本公开实施例3-5中的方法制备的AC0.5-1、AC1-1和AC2-1以及对比例1制备的AC0对2-MIB在超纯水中去除的效果示意图；以及
图9示意性示出了根据本公开实施例3-5中的方法制备的AC0.5-1、AC1-1和AC2-1以及对比例1制备的AC0对2-MIB在珠海(实际)水中去除的效果示意图。
具体实施方式
嗅味问题一直是饮用水净化处理中的关键问题。其中，二甲基异崁醇(2-MIB)具有强烈的土霉味，但是由于其在水体中的含量较低，在常规净化工艺中的去除效率十分有限。活性炭对2-MIB的去除效率通常与活性炭内部的孔道数量、孔径比例以及活性炭表面的活性位点有关。但是活性炭的孔径比例存在上限，其吸附效果仍有待提高。在实现本公开的过程中发现，可以通过氮源化合物的改性来实现活性炭对2-MIB吸附性能的提升。
有鉴于此，本公开提出了利用氮源化合物来作为改性剂来制备氮改性活性炭。其中浸渍法可以使氮源化合物中的含氮官能团与活性炭更充分的结合在一起，进一步提高活性炭的比表面积从而暴露更多的活性位点；热处理过程中生成的酰胺类官能团和吡啶酮可以实现协同作用，两者结合与2-MIB形成电子供体-受体(EDA)作用。氮改性活性炭通过EDA相互作用可以促进对2-MIB的吸附。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
图1示意性示出了根据本公开实施例提出的一种氮改性活性炭的制备方法流程图。
如图1所示，氮改性活性炭的制备方法包括操作S101-S102。
操作S101，将经过预处理的活性炭和氮源化合物加入至水中，进行浸渍处理，得到浸渍后的混合物。
操作S102，将浸渍后的混合物依次进行烘干、热处理反应，得到氮改性活性炭粗料，其中，热处理反应的温度为400-900℃。
在本公开的实施例中，优选将经过预处理的活性炭和氮源化合物加入至水中，进行浸渍处理，得到浸渍后的混合物。其中，通过浸渍处理可以使氮更好的负载于活性炭上，进一步提高氮改性活性炭的比表面积，从而暴露更多的活性位点。
将浸渍后的混合物依次进行烘干、热处理反应，得到氮改性活性炭粗料，其中，热处理反应的温度为400-900℃。其中，对氮元素在活性炭中存在形式主要包括吡啶型氮(N1)、-NH2基团(N2)、吡咯和吡啶酮基团(N3)、季氮(N4)。其中，不同的改性活性炭里氮元素的含量占比为1.7-7.5之间。通过本公开预实验发现，当热解温度为400-900℃之间时，吡啶酮和-NH2可以发生协同作用，对2-MIB具有较高的亲和力，形成电子供体-受体相互作用。其原因在于，2-MIB的-OH的未配对电子充当与缺电子的吡啶酮相互作用的电子供体，而2-MIB上低电子密度的-CH3与活性炭上的电子受体官能团-NH2相结合，进一步提高了氮改性活性炭微孔孔径的比例，通过电子供体受体相互作用可以较大地促进氮改性活性炭对2-MIB的吸附作用。
在本公开实施例中，操作S101中的预处理，包括：对活性炭进行洗涤、烘干，其中烘干时烘干温度为95-110℃，烘干时间为12-24h，优选地，烘干温度为105℃，烘干时长为12h。其中，洗涤是为了去除活性炭中混淆的杂质，烘干是为了将附着于活性炭内部的结合水去除。
在本公开的实施例中，活性炭包括煤质炭、椰壳炭、果壳炭中的至少一种。煤质炭、椰壳炭、果壳炭的碘值为1000mg/g，它们具有较大的比表面积，它们的活性吸附位点相对更多。
在本公开的实施例中，氮源化合物包括乙二胺、氨水、尿素中的至少一种，优选为尿素。在实现本公开的过程中发现，当使用尿素对活性炭进行改性后，再进一步与2-MIB相互作用时，吸附效果更好。
在本公开的实施例中，经过预处理的活性炭和氮源化合物的质量比为0.5:1-2:1。如果两者的质量比太高，生成的含氮官能团有限，与2-MIB的电子供受体相互作用有限，吸附效果较差；如果两者的质量比太低，则氮源化合物过量会堵住活性炭孔径和孔道，从而影响活性炭的吸附效果。通过本公开预实验表明，经过预处理的活性炭和氮源化合物的质量比为0.5:1-2:1期间时，制备的氮改性活性炭的吸附性能更好。
在本公开的实施例中，浸渍处理条件为：在25-100℃的温度下浸渍反应12-48h，优选地，浸渍温度为50℃，浸渍时间为24h。浸渍反应是为了使经过预处理的活性炭和氮源化合物的接触更充分，暴露更多的活性位点。
在本公开的实施例中，热处理反应条件为：在惰性气体氛围下，以5-15℃/min的升温速率升温至400-900℃，例如可以是450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃，在400-900℃的热处理温度下煅烧0.5-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h。优选地，上述升温速率为10℃/min。在本公开相关预实验发现，例如当氮源化合物为尿素时，在不同的热处理温度下，得到的氮改性活性炭粗料中氮元素的存在形式不同，主要包含吡啶型氮(N1)、-NH2基团(N2)、吡咯和吡啶酮基团(N3)、季氮(N4)。在400-500℃的升温过程中，活性炭上的部分氮元素会形成酰胺类官能团；当热处理温度为500-700℃时，活性炭上的氨基会转化成NH3释放出来，使得氮含量减少，使仍保存在活性炭上的氮元素进一步转化为吡咯和吡啶酮，其中的吡啶酮和升温过程中产生的酰胺类官能团能够形成配合作用，对2-MIB具有较高的亲和力。在进行本公开预实验时发现，在热处理前，先通入惰性气体排空反应室的空气，防止升温处理过程中活性炭被反应室内的氧气氧化。
进一步地，热处理温度为500-800℃，热处理时间为1-2h。
进一步地，惰性气体氛围例如可以是氮气、氩气等。
在本公开的实施例中，烘干条件为：在95-110℃的温度下烘干12-24h，优选地，烘干温度为105℃。烘干可以将浸渍过程中引入杂质去除，例如结合水。
在本公开的实施例中，在操作S102之后，本公开的方法还可以包括：对氮改性活性炭粗料依次进行洗涤、烘干，制得氮改性活性炭成品。通过洗涤可以进一步去除活性炭粗料中的灰分、杂质，可以减少活性炭粗料表面和微孔空隙的阻塞，烘干可以进一步去除活性炭粗料的结合水，增加氮改性活性炭成品的比表面积。
在本公开的实施例中，还提供了一种氮改性活性炭，该氮改性活性炭采用上述方法制备。
在本公开的实施例中，得到的氮改性生物炭具有较高的化学吸附性能。
在本公开的实施例中，还提供了氮改性活性炭在水净化处理中的应用。
在本公开的实施例中，通过氮改性活性炭热处理过程中产生的酰胺基和吡啶酮的协同作用，与饮用水中土霉味的2-MIB发生电子供体-受体相互作用，进一步促进氮改性活性炭对2-MIB的吸附，在水净化处理中，具有较大的经济潜力和应用前景。
以下通过对比例、实施例、附图和相关测试实验及其结果来进一步说明本公开。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。而且，在不冲突的情况下，以下各实施例中的细节可以任意组合为其它可行实施例。
需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本公开的保护范围并不限于此。下述实施例中使用的化学药品和原料均为市售所得或通过公认的制备方法自制得到。
实施例1
一种氮改性煤质炭，其制备方法包括以下步骤：
用去离子水对煤质炭(碘值为1000mg/g)反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃条件下烘干12h，得到经过预处理的煤质炭。将经过预处理的煤质炭与尿素以质量比为1:1的比例在烧杯中混合均匀，加入去离子水，放置于磁力搅拌器中搅拌均匀。调整水浴锅加热温度为40-60℃，搅拌浸渍24h。
将浸渍得到的溶液置于烘箱中，于105℃烘干12h。将烘干后的产物放入刚玉瓷舟中，送入管式炉中间位置，打开氮气瓶阀门并调整流量为0.15L/min，在升温前先通30min氮气，排空管式炉内空气后开始升温。设置管式炉升温速率为10℃/min并升温至600℃煅烧2h进行热处理反应，得到氮改性煤质炭粗料。
将制备的氮改性煤质炭粗料用去离子水反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃烘干12h，最终得到氮改性煤质炭成品。并根据热处理温度将本实施例1制备的氮改性煤质炭成品标记为AC600。
实施例2
一种氮改性煤质炭，其制备方法包括以下步骤：
用去离子水对煤质炭(碘值为1000mg/g)反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃条件下烘干12h，得到经过预处理的煤质炭。将经过预处理的煤质炭与尿素以质量比为1:1的比例在烧杯中混合均匀，加入去离子水，放置于磁力搅拌器中搅拌均匀。调整水浴锅加热温度为40-60℃，搅拌浸渍24h。
将浸渍得到的溶液置于烘箱中，于105℃烘干12h。将烘干后的产物放入刚玉瓷舟中，送入管式炉中间位置，打开氮气瓶阀门并调整流量为0.15L/min，在升温前先通30min氮气，排空管式炉内空气后开始升温。设置管式炉升温速率为10℃/min并升温至800℃煅烧2h进行热处理反应，得到氮改性煤质炭粗料。
将制备的氮改性煤质炭粗料用去离子水反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃烘干12h，最终得到氮改性煤质炭成品。并根据热处理温度将本实施例2制备的氮改性煤质炭成品标记为AC800。
对比例1
用去离子水对活性炭(碘值为1000mg/g)反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃条件下烘干12h，得到原始活性炭。因为原始活性炭没有经过热处理的步骤，故将其标记为AC0。
表1煤基炭的孔结构
表1是本公开实施例1和实施例2制备的氮改性煤质炭和原始活性炭的孔结构比对。如表1所示，采用本公开实施例1和实施例2中方法制备的改性煤质炭与原始活性炭相比，可以看出比表面积和微孔孔容均有一定程度的提升。
表2煤基炭表面碳、氮和氧含量
| 实施例1AC600 | 实施例2AC800 | 对比例1AC0 | |
| C | 91.53 | 90.69 | 92.8 |
| N | 1.77 | 2.62 | 0.4 |
| O | 6.7 | 6.69 | 6.8 |
表2是本公开实施例1和实施例2制备的氮改性煤基炭和原始活性炭中各元素原子数百分比比对。如表2所示，采用本公开实施例1和实施例2中方法制备的改性煤质炭与原始活性炭相比，可以看出氮元素的含量均有一定程度的提升。
图2a示意性示出了原始活性炭的X射线光电子能谱(xps)图；图2b示意性示出了根据本公开实施例1的方法制备的氮改性煤质炭的X射线光电子能谱(xps)图。如图2a和图2b所示，可以看出氮元素的峰值有所提升，证明了氮元素成功的负载到煤质炭的表面。
图3a示意性示出了根据本公开实施例的方法在600℃的热处理条件下制备的氮改性煤基炭的氮元素特征峰(N1s)能谱图；图3b示意性示出了根据本公开实施例的方法在800℃的热处理条件下制备的氮改性煤基炭的氮元素特征峰(N1s)能谱图。如图3a和图3b所示，氮改性煤基炭表面各种含氮基团会影响2-MIB与炭表面之间的相互作用。伴随温度的升高，氨基转化成NH3而释放出来，使得氮含量减少，仍保存在煤基炭上的氮元素转化为吡咯和吡啶酮(N3)。其中在600℃热处理改性条件下，可以看出N3的峰值最高，也就是说吡啶酮和吡咯(N3)为主导形式，辅以酰胺基(N2)；在800℃热处理改性条件下，虽然吡咯和吡啶酮(N3)以及酰胺基(N2)略有降低，但仍然处于共存状态，可以实现吡啶酮与酰胺基的协同作用。
对本公开实施例1制备的AC600和实施例2制备的AC800以及对比例1制备的AC0分别在水净化处理中的对2-MIB的吸附性能进行测试，具体测试过程如下。
将活性炭分散于超纯水中，配制成浓度为1g/L的活性炭母液，并使用超声震荡2h。取20mL一定嗅味物质浓度的水样于40mL的具塞锥形瓶中，向瓶中投加活性炭(PAC)至其浓度为10mg/L，实验水样中2-MIB的浓度为200ng/L。将锥形瓶置于温度为25℃、速度为150r/min的恒温培养箱中振荡，在不同时间点取样测定水样中嗅味物质的剩余浓度，其结果如下。
图4示意性示出了根据本公开实施例的方法在600℃和800℃的热处理改性条件下制备的氮改性煤质炭AC600、AC800和原始活性炭AC0对2-MIB在超纯水中去除的效果示意图。在AC600、AC800和AC0的投加量为10mg/L时，分别进行吸附反应120min后，如图4所示，AC0对2-MIB的去除率为64％，而AC600对2MIB的去除率约为79％，AC800对2-MIB的去除率约为70％。
图5示意性示出了根据本公开实施例的方法在600℃和800℃的热处理改性条件下制备的氮改性煤质炭AC600、AC800和原始活性炭AC0对2-MIB在珠海(实际)水中去除的效果示意图。在AC600、AC800和AC0的投加量为10mg/L时，分别进行吸附反应120min后，由于水中天然有机物在活性炭上的竞争吸附使2-MIB在珠海水中的去除率较在超纯水中减少了25％左右。如图5所示，AC600及AC800的去除率较AC0分别提高约11％和8％。
图6示意性示出了根据本公开实施例中的方法在600℃和800℃的热处理改性条件下制备的氮改性煤质炭AC600、AC800和原始活性炭AC0在不同活性炭(PAC)投加量下对2-MIB在珠海(实际)水中去除的效果示意图。如图6所示，珠海水吸附平衡72h后取样，在不同活性炭投加量下对2-MIB的去除率从高到底依次为：AC600>AC800>AC0。
图7示意性示出了根据本公开实施例1中的方法制备的氮改性煤基炭AC600和原始活性炭AC0在不同pH下在10mg/L投加量时对2-MIB在珠海(实际)水中的吸附容量图。在pH分别为5、7和9的实际水中对AC0和AC600的吸附平衡实验进行了比较研究，不同pH下AC0和AC600的吸附容Qe从大到小为pH5＞pH7＞pH9，同时，AC600在pH5、7和9条件下对2-MIB的吸附效果均优于AC0。因此，可以得出结论，AC600的优势可以在较宽pH范围内实现。
实施例3
一种氮改性椰壳炭，其制备方法包括以下步骤：
用去离子水对椰壳炭(碘值为1000mg/g)进行反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃条件下烘干12h，得到经过预处理的椰壳炭。将经过预处理的椰壳炭与尿素以质量比为0.5:1的比例在烧杯中混合均匀，加入去离子水，放置于磁力搅拌器中搅拌均匀。调整水浴锅加热温度为40-60℃，搅拌浸渍24h。
将浸渍得到的溶液置于烘箱中，于105℃烘干12h。将烘干后的产物放入刚玉瓷舟中，送入管式炉中间位置，打开氮气瓶阀门并调整流量为0.15L/min，在升温前先通30min氮气，排空管式炉内空气后开始升温，防止较高温度处理过程中活性炭被管式炉内的氧气氧化，设置管式炉升温速率为10℃/min并升温至600℃煅烧2h进行热处理改性，得到氮改性椰壳炭粗料。
将制备的氮改性椰壳炭粗料用去离子水反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃烘干12h，最终得到氮改性椰壳炭成品。并根据尿素添加比例将本实施例3制备的氮改性椰壳炭成品标记为AC0.5-1。
实施例4
一种氮改性椰壳炭，其制备方法包括以下步骤：
用去离子水对椰壳炭(碘值为1000mg/g)进行反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃条件下烘干12h，得到经过预处理的椰壳炭。将经过预处理的椰壳炭与尿素以质量比为1:1的比例在烧杯中混合均匀，加入去离子水，放置于磁力搅拌器中搅拌均匀。调整水浴锅加热温度为40-60℃，搅拌浸渍24h。
将浸渍得到的溶液置于烘箱中，于105℃烘干12h。将烘干后的产物放入刚玉瓷舟中，送入管式炉中间位置，打开氮气瓶阀门并调整流量为0.15L/min，在升温前先通30min氮气，排空管式炉内空气后开始升温，防止较高温度处理过程中活性炭被管式炉内的氧气氧化，设置管式炉升温速率为10℃/min并升温至600℃煅烧2h进行热处理改性，得到氮改性椰壳炭粗料。
将制备的氮改性椰壳炭粗料用去离子水反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃烘干12h，最终得到氮改性椰壳炭成品。并根据尿素添加比例将本实施例4制备的氮改性椰壳炭成品标记为AC1-1。
实施例5
一种氮改性椰壳炭，其制备方法包括以下步骤：
用去离子水对椰壳炭(碘值为1000mg/g)进行反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃条件下烘干12h，得到经过预处理的椰壳炭。将经过预处理的椰壳炭与尿素以质量比为2:1的比例在烧杯中混合均匀，加入去离子水，放置于磁力搅拌器中搅拌均匀。调整水浴锅加热温度为40-60℃，搅拌浸渍24h。
将浸渍得到的溶液置于烘箱中，于105℃烘干12h。将烘干后的产物放入刚玉瓷舟中，送入管式炉中间位置，打开氮气瓶阀门并调整流量为0.15L/min，在升温前先通30min氮气，排空管式炉内空气后开始升温，防止较高温度处理过程中活性炭被管式炉内的氧气氧化，设置管式炉升温速率为10℃/min并升温至600℃煅烧2h进行热处理改性，得到氮改性椰壳炭粗料。
将制备的氮改性椰壳炭粗料用去离子水反复洗涤至中性，并放置于烘箱中，于105℃烘干12h，最终得到氮改性椰壳炭成品。并根据尿素添加比例将本实施例5制备的氮改性椰壳炭成品标记为AC2-1。
对本公开实施例3-5制备的AC0.5-1、AC1-1和AC2-1以及对比例1制备的AC0分别在水净化处理中的对2-MIB的吸附性能进行测试，具体测试过程如下。
将活性炭分散于超纯水中，配制成浓度为1g/L的活性炭母液，并使用超声震荡2h。取20mL一定嗅味物质浓度的水样于40mL的具塞锥形瓶中，向瓶中投加活性炭(PAC)至其浓度为10mg/L，实验水样中2-MIB的浓度为200ng/L。将锥形瓶置于温度为25℃、速度为150r/min的恒温培养箱中振荡，在不同时间点取样测定水样中嗅味物质的剩余浓度，其结果如下。
图8示意性示出了根据本公开实施例3-5中的方法制备的AC0.5-1、AC1-1和AC2-1以及对比例1制备的AC0对2-MIB在超纯水中去除的效果示意图。在AC0.5-1、AC1-1和AC2-1和AC0的投加量为10mg/L时，分别进行吸附反应120min后，如图8所示，AC0-0对2-MIB的吸附量为11ng/mg，而AC0.5-1、AC1-1及AC2-1对2-MIB的吸附量分别为14、17及15ng/mg。
图9示意性示出了根据本公开实施例3-5中的方法制备的AC0.5-1、AC1-1和AC2-1以及对比例1制备的AC0对2-MIB在珠海(实际)水中去除的效果示意图。在AC0.5-1、AC1-1和AC2-1和AC0的投加量为10mg/L时，分别进行吸附反应120min后，如图9所示，AC0-0对2-MIB的吸附量为11.74ng/mg，而AC0.5-1、AC1-1及AC2-1对2-MIB的吸附量分别为13.37、17.86及15.47ng/mg。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
将经过预处理的活性炭和氮源化合物加入至水中，进行浸渍处理，得到浸渍后的混合物；
将所述浸渍后的混合物依次进行烘干、热处理反应，得到氮改性活性炭粗料，其中，热处理反应的温度为400-900℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，热处理反应条件为：
在惰性气体氛围下，以5-15℃/min的升温速率升温至400-900℃，在400-900℃的热处理温度下煅烧0.5-3h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，热处理温度为500-800℃，热处理时间为1-2h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，浸渍处理条件为：
在25-100℃的温度下浸渍反应12-48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述经过预处理的活性炭和所述氮源化合物的质量比为0.5:1-2:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，烘干条件为：
在95-110℃的温度下烘干12-24h，优选地，烘干温度为105℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
所述氮源化合物包括乙二胺、氨水、尿素中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，还包括：
对所述氮改性活性炭粗料依次进行洗涤、烘干，制得氮改性活性炭成品。
9.一种氮改性活性炭，其采用权利要求1-8中任一项所述的方法制得。
10.一种采用权利要求9所述的氮改性活性炭在水净化处理中的应用。
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