專利名稱：活性炭及改性方法和在含內(nèi)分泌干擾物水處理的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種改性活性炭，本發(fā)明也涉及一種活性炭的改性方法，本 發(fā)明還涉及改性活性炭作為吸附劑，在吸附去除內(nèi)分泌干擾物的水處理中的應用 方法。
(二)
背景技術：
近年來，由于水源水質(zhì)的嚴重惡化，大量有毒有害污染物在水中不斷被檢出 持久性有機污染物(POPs)、消毒副產(chǎn)物(DBPs)、三致物、內(nèi)分泌干擾物(EDs) 等，在眾多的有機污染物中，內(nèi)分泌干擾物以其危害表現(xiàn)不同而作為一個獨立的 環(huán)境問題被提出，系統(tǒng)研究表明，此類污染物在水的循環(huán)利用過程中會產(chǎn)生生物 放大效應，常規(guī)給水處理工藝對其處理能力十分有限，很難達到國家制定的飲用 水標準。另一方面，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，含有大量內(nèi)分泌干擾物的污廢水排放 量逐年增加，種類逐年增多，未經(jīng)妥善處理而排入水體造成了更為嚴重的污染， 因此對此類工業(yè)污廢水也必需進行處理。目前研究較多的是采用高級氧化技術對 污染原水進行處理，然而在處理過程中會產(chǎn)生一定的有害副產(chǎn)物(如溴酸鹽類物 質(zhì))，加之技術成本較高和現(xiàn)有水廠工藝難于改造而未能得到普遍應用；活性炭 吸附去除水環(huán)境中存在的有機/無機污染物，已被認為是一種最為有效和常用的 處理方法，得到國內(nèi)外水處理領域的廣泛應用，針對當前內(nèi)分泌干擾物對水體造 成的嚴重污染，國內(nèi)外展開了一定的研究，李若愚等[1]初步研究了 BPA在顆粒 活性炭上的吸附特性及動力學；Fukuhara等W考察了雌激素酮和17卩-雌二醇在不 同商用活性炭上的吸附特性；Tsai等[3]對比了雙酚A在礦物材料和活性炭上的吸 附行為；Yoon等[4]利用粉末活性炭吸附去除水中的雙酚A、 17p-雌二醇和17a-乙炔基雌二醇；Nakanishi等[5]考察了碳化木屑對雙酚A的去除效果； Bautista-Toledo等[6]研究了活性炭的物化特征和溶液化學性質(zhì)對其吸附雙酚A的 影響。由于目前報道多是采用原有活性炭材料或其它吸附材料直接對水中所含的 內(nèi)分泌干擾物進行吸附處理，這很難從更大程度上發(fā)揮活性炭的吸附效能，且無 法了解活性炭吸附污染物后的再生和使用壽命情況，有必要通過一定方法改變炭
3本身的物化性質(zhì)，達到提高活性炭對有機污染物的吸附效能。 對比文件李若愚，高乃云，徐斌，等.GAC對水中內(nèi)分泌干擾物雙酚A的吸附特性及動力學研究.
給水排水，2007, 33(2): 13~19. [2] T. Fukuhara, S. Iwasakia， M Kawashimab, eZ a/. Adsorbability of Estrone and 17卩-estradio1 in
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對水中內(nèi)分泌干擾具有良好的吸附效能、使用壽 命長的改型活性炭。本發(fā)明的目的也在于提供一種活性炭的改型方法。本發(fā)明的 目的還在于提供一種改性活性炭在含內(nèi)分泌干擾物水處理的應用方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明的改性活性炭，是將活性炭置于馬弗爐石英管內(nèi)，在室溫下先將馬弗 爐內(nèi)通氫氣0.5 1.5小時，氣體流速為40~60毫升/分鐘，之后在同樣氫氣流保護 下，將馬弗爐以10。C/分鐘的速度升溫至500~900°C，保持1~5小時，待溫度降 至3(TC后，停止通氫氣，繼續(xù)以40 60毫升/分鐘的流量通空氣1小時，取出活 性炭，將其與體積比濃度為35%的鹽酸按質(zhì)量比為10%的比例加入容器內(nèi)沸騰 回流2~4h，結束后用去離子水將活性炭樣至氯離子無檢出所得到的改性活性炭。
本發(fā)明的活性炭的改性方法為將活性炭置于馬弗爐石英管內(nèi)，在室溫下先 將馬弗爐內(nèi)通氫氣0.5 1.5小時，氣體流速為40~60毫升/分鐘，之后在同樣氫氣 流保護下，將馬弗爐以10。C/分鐘的速度升溫至500~900°C，保持1 5小時，待 溫度降至3(TC后；停止通氫氣；繼續(xù)以40~60毫升Z分鐘的流量通空氣1小時， 取出活性炭，將其與體積比濃度為35%的鹽酸按質(zhì)量比為10%的比例加入容器 內(nèi)沸騰回流2~4h，結束后用去離子水將活性炭樣至氯離子無檢出得到改性活性炭。
本發(fā)明的改性活性炭用于處理內(nèi)分泌干擾物水，其在含內(nèi)分泌干擾物水處理 的應用方法為改性活性炭在吸附反應器內(nèi)以流化床形式或固定床形式存在，改 性活性炭與水接觸時間1~60分鐘，水流速度為1 15米/小時。
本發(fā)明針對現(xiàn)有活性炭吸附技術存在的弊端，結合活性炭吸附有機污染物的 作用機理及活性炭自身的物化性質(zhì)，通過表面改性處理，改變活性炭的表面化學 性質(zhì)，為活性炭吸附水中內(nèi)分泌干擾物提供一最佳的吸附界面，進而提高活性炭 的吸附效能，延長活性炭的使用壽命，為水處理廠提供一種高效去除水中內(nèi)分泌 干擾物的深度處理方法。本發(fā)明制備的改性活性炭作為處理過程的吸附劑，與原 炭相比具有更大的吸附能力和可再生性，在較低的炭投量下即可實現(xiàn)對內(nèi)分泌干 擾物的徹底去除。
本發(fā)明制得的改性炭相比原活性炭而言，對水中雙酚A的去除能力提高了 24.6%，主要是改性處理使得活性炭的微孔體積增加了8.33倍，灰分含量降低了 58.7%，這明顯降低了活性炭的表面極性，強化了有機化合物向活性炭表面的擴 散過程；同時活性炭的等電點也由原來的4.95升至7.24，接近通常處理水的pH 值，研究表明在吸附體系中(pH7.0)活性炭處于自身凈電荷密度接近為零的狀 態(tài)，對有機污染物具有最好的吸附能力，由于改性過程也降低了炭表面的酸性含 氧官能團含量，從而減小了炭表面離域7l電子所受的影響，增強含苯環(huán)有機物與 炭表面的色散作用，提高活性炭對目標污染物的吸附效能；此外，改性炭在吸附 過程中表現(xiàn)出了更強的適應水質(zhì)變化能力。本發(fā)明的水處理方法按照如下過程進 行經(jīng)過傳統(tǒng)水處理過程處理后的水進入裝有改性炭的反應器，炭在其中以流化 床形式或固定床形式存在，控制水在活性炭床內(nèi)的停留時間為10~60分鐘，水流 速度為1~15米/小時，此時水中包括內(nèi)分泌干擾物在內(nèi)的污染物可被很好地吸附 去除，水流出反應器即可。本發(fā)明的改性炭吸附內(nèi)分泌干擾物水處理方法能夠單 獨使用進行給水或污水處理，也可與其它水處理工藝聯(lián)合使用。該方法用于給水 與污水的處理，能夠有效地去除水中存在的內(nèi)分泌干擾物，同時可將其它有機污 染物、異味、色濁及細菌、病毒，重金屬等污染物一并去除，貝有很高的除污染 效率，能夠全面提高處理后水質(zhì)。其對目前出現(xiàn)的內(nèi)分泌干擾物、POPs及DBPs 等污染物的去除能力全面超過傳統(tǒng)的常規(guī)水處理方法，且成本優(yōu)于各種高級氧化
5處理技術，便于目前水處理廠的改造應用。此外本發(fā)明與改性前活性炭相比，由 于炭的吸附能力得以大大提高、且易再生，故可延長活性炭的使用壽命，大大降 低原料的成本投資。本發(fā)明是用于各種水質(zhì)原水的處理。
具體實施方式
下面舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
具體實施方式
一本實施方式的活性炭改性的處理方法如下將顆粒尺寸在 40目到10目之間的活性炭置于馬弗爐石英管內(nèi)，在室溫下先將馬弗爐內(nèi)通氫氣 1小時，氣體流速為50毫升/分鐘，之后在同樣氫氣流保護下，將馬弗爐以1(TC/
分鐘的速度升溫至60(TC，保持3小時，待溫度降至3(TC后，停止通氫氣，繼續(xù) 以50毫升/分鐘的流量通空氣l小時，取出活性炭，將其與鹽酸(35%)按質(zhì)量 比10%放于容器內(nèi)沸騰回流3h,結束后用去離子水將炭樣洗至氯離子無檢出即 為改性炭。改性前活性炭需用去離子水反復洗滌，至水的pH值不變?yōu)橹?，改?后直接應用即可。所得改性炭經(jīng)過BET、 XPS、 Boehm及pHpzc等表征發(fā)現(xiàn)， 微孔體積增加了 8.33倍，灰分含量降低了 58.7%，等電點升至近中性，同時炭表 面的憎水性增強。
具體實施方式
二本發(fā)明的水處理方法按如下過程實施經(jīng)過傳統(tǒng)水處理過 程處理后的水進入裝有改性炭的反應器，炭在其中以流化床形式或固定床形式存 在，控制水在活性炭床內(nèi)的停留時間為10~60分鐘，水流速度為1~15米/小時。 采用流化床形式時，改性炭從反應器頂部裝入反應器，原水按順流式從反應器底 部進入，活性炭在反應器中處于流動狀態(tài)；采用固定床形式時將改性炭事先裝入 反應器中，炭床高度為0.5米 2米之間，原水可以有三種方式進入反應器，分別 為順流式(原水右下方進上方出)、逆流式(原水由上方進下方出)以及混合流 式(原水由反應器中部進水，由上部和下部分別出水)三種，可據(jù)水處理現(xiàn)場情 況選擇。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二不同的是，所用填裝改性炭 的反應器為多級聯(lián)用式反應器，其形式為多個圓管反應器串聯(lián)形式，炭在其中以 固定床形式存在，每個管內(nèi)炭的填裝高度為0.5米 2米，原水按順流或逆流方式 進入反應器，控制水在活性炭床內(nèi)的停留時間為10~60分鐘，水流速度為1~15 米/小時。該實施方式可確保污染嚴重的原水的出水水質(zhì)安全達標。
權利要求
1、一種改性活性炭，其特征是是將活性炭置于馬弗爐石英管內(nèi)，在室溫下先將馬弗爐內(nèi)通氫氣0.5～1.5小時，氣體流速為40～60毫升/分鐘，之后在同樣氫氣流保護下，將馬弗爐以10℃/分鐘的速度升溫至500～900℃，保持1～5小時，待溫度降至30℃后，停止通氫氣，繼續(xù)以40～60毫升/分鐘的流量通空氣1小時，取出活性炭，將其與體積比濃度為35％的鹽酸按質(zhì)量比為10％的比例加入容器內(nèi)沸騰回流2～4h，結束后用去離子水將活性炭樣至氯離子無檢出所得到的改性活性炭。
2、 一種活性炭的改性方法，其特征是將活性炭置于馬弗爐石英管內(nèi)，在 室溫下先將馬弗爐內(nèi)通氫氣0.5~1.5小時，氣體流速為40~60毫升/分鐘，之后 在同樣氫氣流保護下，將馬弗爐以10'C/分鐘的速度升溫至500 90(TC，保持1~5 小時，待溫度降至30'C后，停止通氫氣，繼續(xù)以40-60毫升/分鐘的流量通空氣 l小時，取出活性炭，將其與體積比濃度為35%的鹽酸按質(zhì)量比為10%的比例 加入容器內(nèi)沸騰回流2~4h，結束后用去離子水將活性炭樣至氯離子無檢出得到 改性活性炭。
3、 根據(jù)權利要求2所述的活性炭的改性方法，其特征是所述的將活性炭 置于馬弗爐石英管內(nèi)是將顆粒尺寸在40目到10目之間的活性炭置于馬弗爐石 英管內(nèi)。
4、 一種改性活性炭在處理含內(nèi)分泌干擾物水中的應用方法，其特征是改 性活性炭在吸附反應器內(nèi)以流化床形式或固定床形式存在，改性活性炭與水接 觸時間1~60分鐘，水流速度為1~15米/小時。
全文摘要
本發(fā)明提供的是活性炭及改性方法和在含內(nèi)分泌干擾物水處理的應用。將活性炭置于馬弗爐石英管內(nèi)，在室溫下先將馬弗爐內(nèi)通氫氣0.5～1.5小時，氣體流速為40～60毫升/分鐘，之后在同樣氫氣流保護下，將馬弗爐以10℃/分鐘的速度升溫至500～900℃，保持1～5小時，待溫度降至30℃后，停止通氫氣，繼續(xù)以40～60毫升/分鐘的流量通空氣1小時，取出活性炭，將其與體積比濃度為35％的鹽酸按質(zhì)量比為10％的比例加入容器內(nèi)沸騰回流2～4h，結束后用去離子水將活性炭樣至氯離子無檢出所得到改性活性炭。本發(fā)明制備的改性活性炭作為處理過程的吸附劑，與原炭相比具有更大的吸附能力和可再生性，在較低的炭投量下即可實現(xiàn)對內(nèi)分泌干擾物的徹底去除。
文檔編號C01B31/00GK101513999SQ20091007167
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者任芝軍, 關春雨, 慧 劉, 劉桂芳, 朱麗楠, 李旭春, 軍 馬 申請人:哈爾濱工程大學