一种富氧活性炭的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种富氧活性炭的制备方法及应用，将多孔活性炭在强酸、硝酸锌/硝酸钠等催化剂的条件下，通过高锰酸钾及双氧水的复合氧化反应制备成富氧活性炭，该反应制得活性炭的多孔结构上拥有大量的羟基、羰基、羧基等含氧化学基团，该富氧活性炭可被直接装配成活性炭滤芯进行使用，同时，可将改性粉末活性炭制备成成型的炭膜，增加水体通过活性炭多孔结构中的流道，从而进一步提升该改性活性炭对铅等重金属离子的滤除效能，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中。

【技术实现步骤摘要】
一种富氧活性炭的制备方法及应用
本专利技术属于水净化领域，具体涉及一种富氧活性炭的制备方法及应用。
技术介绍
我国作为饮用水水源的地表水主要为河流、湖泊及水库，对这几类水体的监测分析表明，这些地表水已经受到了诸如铅、镉等重金属的污染。重金属易通过食物链而被生物富集，构成对生物和人体健康的严重威胁。水源水的污染不仅给生物和人体健康带来了较大的危害，而且对自来水厂传统的净水工艺和水质造成很大影响。随着人民生活质量的不断提高，检测分析手段的进步，人们对饮用水水质的要求将更加严格，相应的供水水质标准也在不断提高。因此，如何有效地去除饮用水中的重金属，已成为当下一个急需解决的环境问题。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。例如：铅是一种分布广、有蓄积性的环境污染物，其性质稳定，是对人体极为有害的重金属元素，同时还严重危害儿童的健康。随着工业和其他行业的迅速发展，铅的大量使用，铅污染已经从职业环境向水、大气、食品、医药及日常生活环境扩展，因此除铅已成为各领域所面临的紧迫问题。其中，废水中的铅主要来自铅矿的开采、冶炼及工业生产的排放，汽车尾气排放也可造成水污染。水中铅浓度达到0.1mg/L时，将抑制水体的自净作用，生活饮用水国家标准规定铅含量不得高于0.01mg/L，而污水中铅含量远远高于标准，因此水处理除铅技术已成为研究重点。传统处理铅的化学方法主要有：沉淀法、凝聚法、吸附法、离子交换法、反渗透法等等。在净水行业中，当前常规的处理方法为反渗透过滤法，反渗透纯水机对于重金属(包括铅)的滤除功效非常好，但是其非常浪费水，反渗透技术伴随着大量的废水排放，其产1升的纯水需要排掉3-8升的废水(视使用环境与温度有所不同)，能替代反渗透净水技术的新型滤除重金属技术需求强烈。活性炭可有效去除水中的有机物、余氯、放射性物质，并有脱色、去除异味等功效，其已被认为是净水产品的标准配置。现在净水行业常用的活性炭滤芯有散装活性炭滤芯和成型活性炭棒滤芯两大类。然而当前的活性炭滤除重金属(铅)效能较低，需要进行深度开发，提升其除铅功效。活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构，而且取决于其表面化学性质，比表面积和孔结构影响活性炭的吸附容量，而表面化学性质影响着活性炭同极性或者非极性吸附质之间的相互作用力。活性炭本身的主要成分是碳，其本身没有极性，呈疏水性，但碳材料在空气中被氧气、水等氧化剂氧化而生成少量的羰基、羧基、羟基等官能团，从而提升了活性炭对极性物质的吸附效能，但总体上说其对重金属的滤除效能依旧较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题与不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种富氧活性炭的制备方法及应用，由该方法制备而成的成型炭膜在实现物理过滤的同时，对重金属铅离子具有高效的滤除效能，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中。为实现上述的目的，本专利技术第一方面采用的技术方案如下：一种富氧活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以复合催化剂，在低温条件下通过高锰酸钾对活性炭进行预氧化，调节溶液pH值，然后将水浴加热，搅拌反应；(2)将步骤(1)的反应浴冷却，进行复合氧化，搅拌反应一定时间后停止，从而使活性炭表面形成大量的羟基、羰基和羧基基团；(3)将步骤(2)氧化后的产物过滤并用HCl溶液和去离子水反复洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，过滤得炭饼，将滤饼置于一定温度的真空干燥箱中充分干燥，从而获得富氧活性炭。作为本专利技术的进一步限定，所述的制备方法步骤(1)中，所述复合催化剂为一定质量的浓硫酸和硝酸锌或一定质量的浓硫酸和硝酸钠。作为本专利技术的进一步限定，所述的制备方法步骤(1)中，所述低温条件为10℃冰水浴，所述溶液pH值为1，所述水浴加热的温度为45℃～100℃，搅拌反应时间为1h～12hrs。作为本专利技术的进一步限定，所述的制备方法步骤(2)中，所述反应浴冷却至的温度为0～20℃，进行复合氧化所用的试剂为双氧水，所述搅拌反应的时间为30min～2hrs。作为本专利技术的进一步限定，所述的制备方法步骤(3)中，所述HCl溶液为5％HCl溶液，所述真空干燥箱的温度设为45℃～80℃。本专利技术的第二个方面提供了根据本专利技术第一个方面制得的富氧活性炭的应用，该方法制得的富氧活性炭可被直接装配成活性炭滤芯进行使用，同时，可将改性粉末活性炭制备成成型的炭膜，增加水体通过活性炭多孔结构中的流道，从而进一步的提升该改性活性炭对铅等重金属离子的滤除效能，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中。本专利技术技术方案具有如下优点及有益技术效果：1、本专利技术的方法制备的富氧活性炭，在实现物理过滤的同时，可显著提升其对以铅离子为代表的重金属离子去除效能，全面净化水质。2、本专利技术的方法制备的富氧活性炭，通过强氧化的制备工艺路线，将活性炭内的多孔表面制备大量的羰基、羧基、羟基官能团，从而提升改性活性炭对铅污染物的去除效能。3、本专利技术的方法制备的富氧活性炭，可被直接装配成活性炭滤芯进行使用，同时，可将改性粉末活性炭制备成成型的炭膜，增加水体通过活性炭多孔结构中的流道，从而进一步的提升该改性活性炭对铅等重金属离子的滤除效能。4、本专利技术的方法制备的富氧活性炭，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1是本专利技术富氧活性炭的制备工艺流程图。具体实施方式下面将以如下具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1：富氧活性炭的制备：在冰水浴中(10℃)装配好1L的反应瓶，加入去离子水500ml，再加入高高锰酸钾6g，加入硝酸钠1克，再加入浓硫酸，调节PH值至1，再加入颗粒活性炭300g(12～24目)，逐渐将水浴温度升至45度，搅拌反应1小时；随后将反应浴冷却至20℃，再加入双氧水5ml，搅拌反应30min后停止。将反应液趁热过滤，5％HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得富氧活性炭。实施例2：富氧活性炭除铅功效评测取2只UDF滤芯(尺寸：标准10寸)，分别标号A(常规12～24目的颗粒活性炭，240克)，B(实施案例1中所制备的富氧活性炭，240克)。配置挑战液100ppb的铅浓度挑战水，在0.2bar的压力下，测试UDF滤芯A、B的铅去除效能，测水总量为5000L。通过数据清楚的显示，富氧化活性炭滤芯较普通的活性炭滤芯具有较大幅度的除铅性能提升。表一：活性炭滤芯除铅实验数据。流量(L)AB1020％95％100016％95％200010％94％30008％91％40005％88％5000085％实施例3：富氧活性炭的余氯去除效能评测配置余氯含量为2.0ppm的挑战水，在0.2bar的压力下，测试UDF(尺寸：标准10寸)滤芯A(常规12～24目的颗粒活性炭，240克)、B(实施案例1中所制备的富养活性炭，240克)的余氯去除效能(测试条件：余氯加标浓度2ppm，测试压力2ba)，测水总量为5000L。表一：活性炭滤芯除余氯实验数据流量(L)AB1096％95％1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富氧活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以复合催化剂，在低温条件下通过高锰酸钾对活性炭进行预氧化，调节溶液pH值，然后将水浴加热，搅拌反应；(2)将步骤(1)的反应浴冷却，进行复合氧化，搅拌反应一定时间后停止，从而使活性炭表面形成大量的羟基、羰基和羧基基团；(3)将步骤(2)氧化后的产物过滤并用HCl溶液和去离子水反复洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，过滤得炭饼，将滤饼置于一定温度的真空干燥箱中充分干燥，从而获得富氧活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种富氧活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以复合催化剂，在低温条件下通过高锰酸钾对活性炭进行预氧化，调节溶液pH值，然后将水浴加热，搅拌反应；(2)将步骤(1)的反应浴冷却，进行复合氧化，搅拌反应一定时间后停止，从而使活性炭表面形成大量的羟基、羰基和羧基基团；(3)将步骤(2)氧化后的产物过滤并用HCl溶液和去离子水反复洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，过滤得炭饼，将滤饼置于一定温度的真空干燥箱中充分干燥，从而获得富氧活性炭。2.根据权利要求1所述的富氧活性炭的制备方法，其特征在于，所述复合催化剂为一定质量的浓硫酸和硝酸锌或一定质量的浓硫酸和硝酸钠。3.根据权利要求1所述的富氧活性炭的制备方法，其特征在于，所述低温条件为10℃冰水浴，所述溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪均，陈俊丰，龙云良，董平，曹晶晶，
申请(专利权)人：南京水杯子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32