一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法；通过所述方法制备得到的活性炭可以实现对液相中金属离子的有效吸附，所述活性炭在制备过程中工艺简单，无需通过额外的磺化处理即可制备具有较好吸附性的活性炭，该工艺过程不仅节省成本，相较于对活化后的活性炭进行磺化的产物或是相较于未经金属负载改性处理的产物，其对金属离子的吸附能力更强。再生方法可对活性炭进行再生处理，且再生后的吸附能力仍保持较高的水平。所述再生方法具有工艺过程简单、反应条件温和、制备成本低等特点；所述再生方法尤其适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭，所述再生方法可以实现活性炭孔径内部的吸附物的脱附。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法
本专利技术属于活性炭再生
，具体涉及一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法。
技术介绍
重金属废水对公众健康与生态环境的严重危害早已引起国内外的广泛关注，由于重金属离子在废水中是以稀相存在的，活性炭吸附技术对深度净化重金属废水具有无可比拟的优势。但是吸附后的活性炭的再生问题一直是被关心的课题，再生效果的好坏直接影响再生操作的可行性。活性炭再生，是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下，去除吸附于活性炭微孔的吸附质，恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中，对吸附质和溶剂都有吸附作用，因亲和力的不同，经过一定时间的吸附，达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系。常见的活性炭再生方法主要有热再生法、生物再生法、溶剂再生法、湿式氧化再生法、电化学再生法、溶剂萃取再生法、超声波再生法、光催化再生法及微波辐照再生法等。其中，热再生法主要适用于吸附有机物的活性炭的再生，其是根据有机物对在不同温度下产生不同的变化实现活性炭的再生，其可以分为干燥、高温炭化和活化阶段；在高温炭化阶段可以将吸附在活性炭上的有机物汽化脱附，或是加热分解，以小分子物质脱附出来；在活化阶段，通入水蒸气或是二氧化碳清理活性炭内部结构的微孔，使其恢复活性，但是，其并不适用于吸附于金属离子的活性炭，且高温炭化过程中炭损失较为严重，可以达到5-10％，且再生后的机械性能也有所有降低；生物再生法是利用微生物的新陈代谢，将吸附在活性炭上的污染物质氧化分解来实现的，但是活性炭的孔径一般只有几纳米，微生物难以实现孔径内吸附物的脱附处理，且微生物再生法运行周期较长，再生环境的要求较高，造成制备成本高昂，同时，多数微生物具有选择性，故其很难将吸附的全部物质进行分解处理。对于其他的传统的活性炭再生方法，还有如下缺陷，活性炭的炭含量损失较大，再生后的吸附能力明显下降，多数再生方法并不适用于吸附金属离子的活性炭等等。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法；所述再生方法具有工艺过程简单、反应条件温和、制备成本低等特点；所述再生方法尤其适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭，所述再生方法可以实现活性炭孔径内部的吸附物的脱附。本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法，所述再生方法包括如下步骤：在微波辐照的条件下，将待再生的活性炭浸入酸溶液中浸泡，即实现对活性炭，特别是大粒径且吸附重金属离子的活性炭的再生处理。根据本专利技术，所述酸溶液例如选用盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种；优选使用硫酸。所述酸溶液的浓度没有特别的限定，能实现对活性炭表面、特别是孔结构的氧化和烧蚀处理即可，示例性地，所述酸溶液的浓度为3-20wt％；例如为8-15wt％。根据本专利技术，所述活性炭与酸溶液的质量体积比为1:15-30(g/mL)；例如为1:15-25(g/mL)。根据本专利技术，所述再生的温度没有特别的限定，其根据微波辐照所提供的能量转化成的温度进行设定即可，所述温度优选为30℃以上；所述再生的时间优选为4-16小时，例如为6-10小时，如8小时。根据本专利技术，所述微波辐照条件下，微波的波长介于1m-1000nm之间，频率为300MHz-300GHz。所述微波辐照的功率为200-800W。所述微波照射到材料表面时，会发生反射、吸收和穿透现象。根据本专利技术，所述微波辐照条件下，吸附金属离子的活性炭孔道内的金属离子相互碰撞、摩擦产生高热量，从而将微波能量转化成热能，且在酸性溶液的作用下，孔道内的金属离子发生了氧化、烧蚀等过程，所述金属离子还可以与酸发生化学力结合，更易被脱附；同时，吸附在孔道内的水分和可能存在的少量有机分子受热挥发和炭化，特别是水分子受到诱导而产生偶极转向极化，将电磁场能转化为热能，被吸附在孔道中的重金属离子受热而易于解析到溶液中，即将活性炭的孔道重新打开；不仅如此，活性炭本身会吸收微波而升温，烧失一部分炭，使孔径扩大，为下一次吸附提供吸附活性位点；特别地，对于大粒径的球形活性炭，其孔道往往较深，采用一般的再生方法仅能实现对其表层孔道内金属离子的脱附处理，而对于内部深层的吸附物难以去除，若是长时间使用后，即便进行再生处理，其吸附能力也逐渐下降至失活。而本申请是在酸性溶液的再生工艺过程中引入微波辐照的方式，实现对大粒径活性炭的再生，其可以有效实现对孔道、特别是深层孔道内吸附物质的脱附处理，且可以多次再生。根据本专利技术，所述活性炭的中值粒径D50可以为1-13mm，例如2-11mm，如4-8mm，如4.5-6mm。根据本专利技术，所述重金属离子包括但不限于如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。根据本专利技术，所述待再生的活性炭是指吸附重金属离子的活性炭。根据本专利技术，所述吸附重金属离子的活性炭可以通过如下方法制备得到：1)将球形聚合物进行磺化和碳化处理；2)将步骤1)得到的产物进行活化处理；3)对步骤2)得到的产物进行金属负载改性处理；其中，步骤1)中，所述球形聚合物是经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物；当使用未经磺化的聚合物时，可以在碳化处理前进行磺化和/或碳化处理过程中进行原位磺化。根据本专利技术，所述制备方法还包括如下步骤：2’)对步骤2)得到的产物进行再次磺化处理，再进行金属负载改性处理。根据本专利技术，步骤1)中，所述聚合物可以通过将单体、引发剂混合进行聚合反应制备。作为实例，所述聚合物为共聚物。其中，所述共聚物是指由两种或更多种的单体发生聚合反应制备的聚合物。根据本专利技术，所述共聚物的聚合物母体包括衍生自第一单体的结构单元和衍生自第二单体的结构单元，其中所述第一单体具有2～10个碳原子且含有至少两个胺基，所述第二单体具有4～15个碳原子且含有至少两个羧基或至少一个酸酐。示例性地，所述第一单体选自芳香族二元胺、脂肪族二元胺；所述第二单体选自芳香族二元酐、芳香族四元酸(的二元酯)、脂肪族二元酐、脂肪族四元酸(的二元酯)。根据本专利技术，所述第一单体选自均苯四甲酸二酐、偏苯三酸酐、二苯酮二酐、联苯二酐、二苯醚二酐、六氟二酐、3,3',4,4'-二苯醚四甲酸二酐、4,4'-六氟异丙基邻苯二甲酸酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐和二苯甲酮四酸二酐中的至少一种。根据本专利技术，所述第二单体选自乙二胺、丙二胺、己二胺、对苯二胺、2,2双(三氟甲基)二氨基联苯中的至少一种。根据本专利技术，所述聚合物的制备方法包括如下步骤：a)在第一极性溶剂中，将第一单体、第二单体和封端剂反应得到聚酰胺酸溶液，所述封端剂为含有活性官能团的单酐，所述活性官能团为可发生自由基聚合反应的官能团；b)使所述聚酰胺酸溶液亚胺化并提纯，得到聚酰亚胺预聚体；c)将所述聚酰亚胺预聚体溶解于第二极性溶剂中，加入自由基引发剂，得到混合胶液，将所述混合胶液进行固化，得到聚合物，即聚酰亚胺。根据本专利技术，生成聚酰胺酸溶液的反应类型为公知技术，具体操作可以是，在惰性气体保护下，将第二单体溶解于极性溶剂后，再加入第一单体，反应1～6h后，再加入封端剂，其中，所述第一单体的摩尔量与所述封端剂的摩尔量的二分之一的和等于所述第二单体的摩尔量，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法，所述再生方法包括如下步骤：在微波辐照的条件下，将待再生的活性炭浸入酸溶液中浸泡，即实现对活性炭，特别是大粒径且吸附重金属离子的活性炭的再生处理。

【技术特征摘要】
1.一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法，所述再生方法包括如下步骤：在微波辐照的条件下，将待再生的活性炭浸入酸溶液中浸泡，即实现对活性炭，特别是大粒径且吸附重金属离子的活性炭的再生处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸溶液例如选用盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种；优选使用硫酸；所述酸溶液的浓度为3-20wt％；例如为8-15wt％；优选地，所述活性炭与酸溶液的质量体积比为1:15-30；例如为1:15-25；优选地，所述再生的温度为30℃以上；所述再生的时间为4-16小时，例如为6-10小时，如8小时；优选地，所述微波辐照条件下，微波的波长介于1m-1000nm之间，频率为300MHz-300GHz；所述微波辐照的功率为200-800W；优选地，所述活性炭的中值粒径D50可以为1-13mm，例如2-11mm，如4-8mm，如4.5-6mm；优选地，所述重金属离子包括但不限于如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述待再生的活性炭是指吸附重金属离子的活性炭，所述吸附重金属离子的活性炭可以通过如下方法制备得到：1)将球形聚合物进行磺化和碳化处理；2)将步骤1)得到的产物进行活化处理；3)对步骤2)得到的产物进行金属负载改性处理；其中，步骤1)中，所述球形聚合物是经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物；当使用未经磺化的聚合物时，可以在碳化处理前进行磺化和/或碳化处理过程中进行原位磺化。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述制备方法还包括如下步骤：2’)对步骤2)得到的产物进行再次磺化处理，再进行金属负载改性处理。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤1)中，所述球形聚合物选自聚酰亚胺，所述聚酰亚胺为脂肪族聚酰亚胺、半芳香族聚酰亚胺和芳香族聚酰亚胺中的至少一种；优选地，所述聚酰亚胺选择芳香族聚酰亚胺；优选地，步骤1)中，所述球形聚合物的中值粒径D50可以为2-15mm，例如3-13mm，如5-10mm，如5.5-8mm；所述球形聚合物的粒径可以根据其具体应用环境进行合理的选择；优选地，步骤1)中，所述磺化例如可以是将未经磺化的球形聚合物与磺化剂接触进行；和/或将经磺化的球形聚合物与磺化剂接触进行；优选地，所述磺化剂可以选自硫酸铵、硫酸(如浓硫酸)、发烟硫酸、SO3中的一种或多种的混合物；优选地，所述未经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量比可以是1:1～1:9，例如1:2～1:6，如1:3～1:5；优选地，经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量可以是3:1～1:5，例如2:1～1:4；优选地，当在碳化处理前进行磺化时，磺化步骤的温度可以为60-200℃，如70-180℃，例如为80-150℃；优选地，所述磺化是在惰性气体气氛下进行的，所述惰性气体可以选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种的混合物。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，步骤1)的碳化可以在惰性气氛或者在惰性气体和氧气的混合气氛下进行；优选地，所述碳化的温度可以为100-650℃，例如150-600℃；优选地，当在碳化步骤之前进行磺化时，碳化步骤的起始温度可以等于或高于磺化温度的终结温度；优选地，碳化步骤可以在上述温度范围内，在升温的同时进行反应；升温的速度可以为不超过10℃/min，例如不超过5℃/min，如不超过3℃/min；优选地，所述碳化可在2个或更多个温度区域依次进行，例如在2至10个温度区域依次进行；并且优选地，所述温度区域的温度彼此不相同；或者，碳化可以在梯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：常明珠，
申请(专利权)人：深圳市环球绿地新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44