一种改性超细粉末活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性超细粉末活性炭及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：按比例将粒径大于0.1mm的粉末活性炭和改性助剂混合后研磨成粒径小于10μm的颗粒，所得即为改性超细粉末活性炭；所述改性助剂包括如下按质量百分比计算的组分：过一硫酸盐45％～85％、二氧化硅5％～15％、碳酸氢盐5％～20％以及磷酸盐5％～20％；所述粉末活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～2)。本发明专利技术通过对活性炭表面进行研磨改性，增加了活性炭表面的含氧官能团量，进而强化了活性炭的吸附能力，可用于处理水中亲水性有机微污染物；将改性超细粉末活性炭与亚硫酸盐联用可进一步用于除去水中锰离子。

【技术实现步骤摘要】
一种改性超细粉末活性炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及水处理
，更具体地，涉及一种改性超细粉末活性炭及其制备方法和应用。
技术介绍
水中广泛存在的有机微污染物对生态环境和人类健康具有潜在威胁，其中亲水性有机微污染物是环境中检出频率最高的有机污染物之一(如造影剂、抗生素等)，受到水处理行业内的广泛关注。亲水性有机微污染物大多具有一定的生物毒性，能够对生物体的生长发育产生不良影响，严重威胁生态安全和人类健康。由于亲水性有机微污染物极性较强且性质稳定，很难通过常规水处理工艺(如混凝、沉淀、过滤、生物处理等)去除。因此，如何绿色、高效地去除水中亲水性有机污染物成为目前的研究热点和难点。活性炭是水处理领域中广泛应用的吸附材料，具有来源广泛、价格便宜、不易产生有毒有害副产物、方便投加等优点。从形状上，活性炭可分为柱状活性炭、破碎状活性炭、粉状活性炭等。从制造原料分类，活性炭主要以煤质、木质等为原料。活性炭具有较大的比表面积、发达的孔隙结构、和丰富表面官能团，这些性质也决定了活性炭优异的吸附能力。然而，由于不同材质和形状活性炭性质差异较大，对亲水性有机微污染物的吸附效率有较大差别，存在去除效果难以保证的问题。为解决该问题，中国专利技术专利CN109499541A公开了(2019年03月22日)一种超细粉末活性炭的制备方法，但该方法制备得到的活性炭没有对表面含氧官能团数量进行调控，对亲水性有机微污染物的吸附能力还有待提高。因此，有必要开发一种切实可行的活性炭改性方法，在保留其主要吸附特性的同时，强化其对亲水性有机微污染物的去除能力，保障水质安全。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是克服现有活性炭改性方法无法增加表面含氧官能团量，导致对亲水性有机微污染物吸附能力弱的问题，提供一种改性超细粉末活性炭的制备方法。本专利技术的进一步目的是提供一种改性超细粉末活性炭。本专利技术的另一目的是提供上述改性超细粉末活性炭的应用。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种改性超细粉末活性炭的制备方法，包括以下步骤：按比例将粒径大于0.1mm的粉末活性炭和改性助剂混合后研磨成粒径小于10μm的颗粒，所得即为改性超细粉末活性炭；所述改性助剂包括如下按质量百分比计算的组分：过一硫酸盐45％～85％、二氧化硅5％～15％、碳酸氢盐5％～20％以及磷酸盐5％～20％；所述粉末活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～2)。粒径大于0.1mm的粉末活性炭在研磨过程中会发生剧烈的挤压摩擦，其内部的活性表面会随着研磨过程而暴露。改性助剂在研磨过程中可对这些新暴露的活性表面进行亲水性修饰，实现超细活性炭的原位改性。过一硫酸盐作为氧化剂，可与超细活性炭表面的不饱和键(如烯烃)、醛基、羰基发生环氧化反应，在碳材料表面生成环氧化结构和内过氧化结构，增加超细活性炭的表面氧含量，从而增强超细活性炭的亲水性，强化其对亲水性有机污染物的吸附能力。二氧化硅起到强化研磨效果和改性效果的作用。碳酸氢盐和磷酸盐可稳定反应界面的酸碱性。由于制备过程未在溶液中进行，因此改性反应只发生活性炭表面，而未深入活性炭内部孔隙结构，因此能够很好的保留活性炭原有的吸附特性。优选地，所述粉末活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.1～1)。优选地，按质量百分比计，所述改性助剂包括如下组分：过一硫酸盐58％～72％、二氧化硅8％～12％、碳酸氢盐10％～15％、磷酸盐10％～15％。在本专利技术中，所述粉末活性炭为椰壳活性炭、煤质活性炭、木质活性炭中的一种或多种。优选地，所述粉末活性炭的粒径为0.5～1mm。本专利技术中采用本领域常规的过一硫酸盐、碳酸氢盐以及磷酸盐即可。优选地，所述过一硫酸盐为过一硫酸氢钾、过一硫酸氢钠中的一种或两种。优选地，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵或碳酸氢钙中的一种或多种。优选地，所述磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、焦磷酸钠或焦磷酸钾中的一种或多种。一种改性超细粉末活性炭由上述方法制备得到。本专利技术还保护上述改性超细粉末活性炭在除去水中亲水性有机微污染物中的应用。优选地，所述亲水性有机微污染物选自四环素、碘帕醇中的一种或两种。本专利技术还保护上述改性超细粉末活性炭与亚硫酸盐在除去水中锰离子中的应用。优选地，改性超细粉末活性炭与亚硫酸盐的质量比为1：(0.01～0.5)。亚硫酸盐和改性超细粉末活性炭投加到水体中后，活性炭界面的环氧化/内过氧化结构会氧化亚硫酸盐生成亚硫酸根自由基，亚硫酸根自由基会与溶解氧迅速结合，生成SO5·-自由基，SO5·-自由基氧化二价锰生成三价锰，由于三价锰的稳定性极差，会进一步歧化生成二价锰和二氧化锰固体，该自由基链反应过程会持续进行，直至锰离子全部转化为二氧化锰，实现水中锰离子的去除。具体地，亚硫酸盐选自亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用二氧化硅强化研磨效果和改性效果，通过碳酸氢盐和磷酸盐稳定反应界面的酸碱性，再借助过一硫酸盐与活性炭表面的不饱和键和羰基、醛基等含氧官能团发生环氧化反应，生成环氧化结构和内过氧化结构，增加表面含氧官能团含量，从而强化了其对亲水性有机污染物的吸附能力。2、本专利技术使用的改性助剂均为绿色、无毒的化学药剂，因此，研磨得到的改性超细粉末活性炭可直接用于水处理过程，无需分离提纯。3、本专利技术制备得到的改性超细粉末活性炭与亚硫酸盐投加到水体中后，可生成氧化活性物种SO5·-自由基，该自由基可将水体中的锰离子全部转化为二氧化锰固体，从而实现除去水体中的锰离子。具体实施方式为了更清楚、完整的描述本专利技术的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，可以在本专利技术权利限定的范围内进行各种改变。本专利技术实施例所述原料活性炭购自环宇工业活性炭出售的煤质粉末活性炭，粒径0.2-2mm。实施例1一种改性超细粉末活性炭的制备方法，包括以下步骤：按质量比为1：1将粉末活性炭和改性助剂混合后置于干式球磨机中研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到超细粉末活性炭；按质量百分比计，所述改性助剂的成分包括过一硫酸氢钾72％、二氧化硅8％、碳酸氢钠10％、磷酸氢二钠10％。实施例2本实施例2与实施例1的区别在于，按质量百分比计，所述改性助剂的成分包括过一硫酸氢钾65％、二氧化硅10％、碳酸氢钠12％、磷酸氢二钠13％。实施例3本实施例3与实施例1的区别在于，按质量百分比计，所述改性助剂的成分包括过一硫酸氢钾58％、二氧化硅12％、碳酸氢钠15％、磷酸氢二钠15％。实施例4本实施例4与实施例1的区别在于，按质量百分比计，所述改性助剂的成分包括过一硫酸氢钾85％、二氧化硅5％、碳酸氢钠5％、磷酸氢二钠5％。实施例5本实施例5与实施例1的区别在于，按质量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性超细粉末活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n按比例将粒径大于0.1mm的粉末活性炭和改性助剂混合后研磨成粒径小于10μm的颗粒，所得即为改性超细粉末活性炭；所述改性助剂包括如下按质量百分比计算的组分：过一硫酸盐45％～85％、二氧化硅5％～15％、碳酸氢盐5％～20％以及磷酸盐5％～20％；所述粉末活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性超细粉末活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按比例将粒径大于0.1mm的粉末活性炭和改性助剂混合后研磨成粒径小于10μm的颗粒，所得即为改性超细粉末活性炭；所述改性助剂包括如下按质量百分比计算的组分：过一硫酸盐45％～85％、二氧化硅5％～15％、碳酸氢盐5％～20％以及磷酸盐5％～20％；所述粉末活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～2)。


2.如权利要求1所述改性超细粉末活性炭的制备方法，其特征在于，所述粉末活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.1～1)。


3.如权利要求1所述改性超细粉末活性炭的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述改性助剂包括如下组分：过一硫酸盐58％～72％、二氧化硅8％～12％、碳酸氢盐10％～15％、磷酸盐10％～15％。


4.如权利要求1所述改性超细粉末活性炭的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬，胡坚鹏，高源，江进，郭钦，潘汉平，黄润，付俊豪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44