铜和氮处理的吸附剂及其制备方法技术

一种被活化以形成前体活性炭的含碳材料，所述含碳材料通过掺杂铜和氮并煅烧而进一步增强。所得吸附剂材料具有可用于流体纯化领域的优异催化性能。的优异催化性能。的优异催化性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜和氮处理的吸附剂及其制备方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年8月31日提交的美国临时专利申请号63/072,531的权益，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]流体如水通常通过添加氧化化合物、用紫外线辐射照射水或两者来消毒。虽然这些技术在对水进行消毒方面是有效的，但是经消毒的水通常包括氧化化合物本身、当氧化化合物溶解在水中时的氧化化合物的产物、或由含有各种组成化合物的水的辐射产生的反应化合物。总之，这些各种化合物包括氯、氯胺、氯仿、三卤甲烷、卤乙酸和过氧化氢。此外，在一些情况下，即使水未经过消毒，上述化合物也存在于水中。这些化合物是不受欢迎的，因为它们改变了水的气味和味道，引起健康问题，并能引起总管道和服务管道的腐蚀。
[0004]为了去除这些化合物，已经使用了吸附剂。吸附剂吸收并吸附各种化合物。特别地，吸附剂的孔允许化合物的吸附。然而，纯吸附剂是低效的并且仅吸附必须去除的化合物的一部分。为了提高它们的有效性，有时用化合物处理吸附剂以形成催化吸附剂。催化物质通常存在于吸附剂颗粒的表面上，并通过催化那些在吸附剂上吸附或吸收不佳的不需要的化合物的化学分解而发挥作用。通过采用吸附和催化两种机理，催化吸附剂比纯的、未处理的吸附剂显著更有效。已经证明催化吸附剂有效地从水和其他流体中去除氯、氯胺、氯仿、三卤甲烷、卤乙酸和过氧化氢。即使如此，仍然需要改进形成这种催化吸附剂的各个步骤，并且从而改善总体吸附剂性能。

技术实现思路

[0005]一种被活化以形成前体活性炭的含碳材料，所述含碳材料通过掺杂铜和氮并煅烧而进一步增强。所得吸附剂材料具有可用于流体纯化领域的优异催化性能。
[0006]在一个实施方案中，存在一种制造吸附剂材料的方法，所述方法包括：提供含碳材料；活化所述含碳材料以形成前体活性炭；通过使所述前体活性炭与铜源和氮源接触来掺杂所述前体活性炭，从而形成掺杂的前体活性炭；在煅烧气氛中煅烧所掺杂的前体活性炭，从而形成吸附剂材料，所述煅烧气氛不会引起所掺杂的前体活性炭的任何实质性氧化或活化。
[0007]在另一个实施方案中，所述铜源选自五水合硫酸铜CuSO4·
5H2O或碱式碳酸铜(II)CuCO3(OH)2，并且所述氮源是尿素CO(NH2)2、碳酸铵(NH4)2CO3或氢氧化铵水溶液NH4OH(标称水溶液，28重量％)中的一者或多者。
[0008]在另一个实施方案中，所述铜源选自五水合硫酸铜CuSO4·
5H2O，并且所述氮源是尿素CO(NH2)2。
[0009]在另一个实施方案中，所述铜源是碱式碳酸铜(II)CuCO3(OH)2，并且所述氮源是尿素CO(NH2)2、碳酸铵(NH4)2CO3或氢氧化铵水溶液NH4OH(标称水溶液，28重量％)中的一者或多者。
[0010]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约850℃至约1050℃的温度下进行。
[0011]在另一个实施方案中，需要并进行氧化。
[0012]在另一个实施方案中，掺杂所述前体活性炭在单阶段工艺中进行，所述单阶段工艺包括使所述前体活性炭与铜源和氮源两者接触的单个步骤。
[0013]在另一个实施方案中，使所述前体活性炭与所述铜源和所述氮源接触是用含有所述铜源和所述氮源两者的单一水溶液进行的。
[0014]在另一个实施方案中，所述前体活性炭在与含有所述铜源和所述氮源的单一水溶液接触后被干燥。
[0015]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约600℃至约1000℃的温度下进行。
[0016]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约700℃至约1000℃的温度下进行。
[0017]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约850℃至约1000℃的温度下进行。
[0018]在另一个实施方案中，所述方法还包括在掺杂之前氧化前体活性炭。
[0019]在另一个实施方案中，所述方法还包括在掺杂之前氧化前体活性炭。
[0020]在一个实施方案中，存在一种从流体中除去氯、氯胺或者氯和氯胺二者的方法，所述方法包括：提供包含掺杂有铜和氮的活性炭的吸附剂材料，以及使所述吸附剂材料接触所述流体。
[0021]在另一个实施方案中，流体为液态水。
[0022]在另一个实施方案中，水或吸附剂材料先前已经历消毒步骤。
[0023]在另一个实施方案中，所述吸附剂材料由含碳材料形成，所述含碳材料被活化以形成前体活性炭，并且所述吸附剂材料包含以基于干燥的前体活性炭测量的约2重量％至约15重量％的氮；以基于干燥的前体活性炭测量的约0.25重量％至约2重量％的铜；并且其中所述吸附剂材料的氯胺破坏值(CDN)为至少约6。
[0024]在另一个实施方案中，存在一种吸附剂材料，所述吸附剂材料由含碳材料形成，所述含碳材料被活化以形成前体活性炭，所述吸附剂材料包含以基于干燥的前体活性炭测量的约2重量％至约15重量％的氮；以基于干燥的前体活性炭测量的约0.25重量％至约2重量％的铜；其中所述吸附剂材料的氯胺破坏值(CDN)为至少约6。
[0025]在另一个实施方案中，所述CDN为约6至约60。
[0026]在另一个实施方案中，吸附剂材料由含碳材料形成，所述含碳材料由煤、木材和椰子中的一种或多种形成。
[0027]在另一个实施方案中，含碳材料的至少部分由椰子形成。
附图说明
[0028]参考以下描述、所附权利要求书和附图，本文描述的实施方案的方面、特征、益处和优点将变得显而易见，其中：
[0029]图1描绘了根据一个实施方案的工艺。
[0030]图2描绘了根据一个实施方案的工艺。
[0031]图3描绘了根据几个实施方案的选定实验结果。
[0032]图4描绘了根据几个实施方案的选定工艺参数和实验结果。
[0033]图5描绘了根据几个实施方案的选定工艺参数和实验结果。
具体实施方式
[0034]本公开不限于所描述的特定系统、设备和方法，因为这些可以变化。说明书中使用的术语仅仅是为了描述特定的版本或实施方案，并不旨在限制本专利技术的范围。此外，如本文所述，专利文献诸如美国专利、美国专利申请公布、世界知识产权组织公布或外国专利申请公布的任何列表均意指此类文献以引用的方式整体并入。
[0035]如在本文献中所用，单数形式“一(a/an)”和“所述”包括复数引用，除非上下文中另有明确指示。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本公开中的任何内容都不应被解释为承认本公开中描述的实施方案由于先前专利技术而无权先于这种公开。如本文所用，术语“包含”意指“包括但不限于”。
[0036]如本文所用，术语“约”意指加或减与其一起使用的数的数值的10％。因此，“约50”意指“在45
‑
55的范围内”。
[0037]如本文所用，术语“吸附剂材料”是指表现出吸附性质、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造吸附剂材料的方法，所述方法包括：提供含碳材料；活化所述含碳材料以形成前体活性炭；通过使所述前体活性炭与铜源和氮源接触来掺杂所述前体活性炭，从而形成掺杂的前体活性炭；在煅烧气氛中煅烧所掺杂的前体活性炭，从而形成吸附剂材料，所述煅烧气氛不会引起所掺杂的前体活性炭的任何实质性氧化或活化。2.如权利要求1所述的方法，其中所述铜源选自五水合硫酸铜CuSO4·
5H2O或碱式碳酸铜(II)CuCO3(OH)2，并且所述氮源是尿素CO(NH2)2、碳酸铵(NH4)2CO3或氢氧化铵水溶液NH4OH(标称水溶液，28重量％)中的一者或多者。3.如权利要求2所述的方法，其中所述铜源选自五水合硫酸铜CuSO4·
5H2O，并且所述氮源是尿素CO(NH2)2。4.如权利要求2所述的方法，其中所述铜源是碱式碳酸铜(II)CuCO3(OH)2，并且所述氮源是尿素CO(NH2)2、碳酸铵(NH4)2CO3或氢氧化铵水溶液NH4OH(标称水溶液，28重量％)中的一者或多者。5.如权利要求1所述的方法，其中煅烧在N2气氛中在约850℃至约1050℃的温度下进行。6.如权利要求1所述的方法，其中需要并进行氧化。7.如权利要求1所述的方法，其中掺杂所述前体活性炭在单阶段工艺中进行，所述单阶段工艺包括使所述前体活性炭与铜源和氮源两者接触的单个步骤。8.如权利要求5所述的方法，其中使所述前体活性炭与所述铜源和所述氮源接触用含有所述铜源和所述氮源两者的单一水溶液进行。9.如权利要求6所述的方法，其中所述前体活性炭在与含有所述铜源和所述氮源的单一水溶液接触后被干燥。10.如权利要求1所述的方法，其中煅烧在N2气氛中在约600℃至约1000℃的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：卡尔冈碳素公司，
类型：发明
国别省市：