本发明专利技术涉及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、铁和氮并煅烧而进一步增强。所述含碳材料包括从煤、木材或椰子壳中获得的那些。本发明专利技术描述了掺杂所述活性炭的方法。所述的处理方法产生了一种吸附剂材料，所述吸附剂材料在从流体如打算饮用的水中去除氯胺和类似化合物方面具有优异的性能。的性能。的性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜、铁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63/072,544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、有机过氧化物和过氧化氢。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、有机过氧化物和过氧化氢。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铁和铜以及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]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20重量％的氮；以基于干燥的前体活性炭测量的约0.1重量％至约4重量％的铁和铜；其中所述吸附剂材料的氯胺破坏值(CDN)为约5至约75。
[0007]在另一个实施方案中，氯胺破坏值为约20至约75。
[0008]在另一个实施方案中，吸附剂材料的过氧化值小于约20分钟。
[0009]在另一个实施方案中，吸附剂材料的过氧化值为约1分钟至约10分钟。
[0010]在另一个实施方案中，氮的量为约2.5重量％至约5重量％。
[0011]在另一个实施方案中，氮的量为约1.4重量％至约3.0重量％。
[0012]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。
[0013]在另一个实施方案中，含碳材料的至少部分由椰子形成。
[0014]在另一个实施方案中，铁和铜的重量比为约25:75至约75:25。
[0015]在另一个实施方案中，铁和铜的重量比为约50:50。
[0016]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；任选地氧化所述前体活性炭；通过使所述前体活性炭与作为铁源、铁源和氮源的一种或多种化合物接触来掺杂所述前体活性炭，从而形成掺杂的前体活性炭；通过在煅烧气氛中加热到至少约950℃的温度来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。
[0017]在另一个实施方案中，单一化合物是铜源、铁源和氮源。
[0018]在另一个实施方案中，第一化合物是铜源和铁源，并且第二化合物是氮源。
[0019]在另一个实施方案中，第一化合物是铜源和氮源，并且第二化合物是铁源。
[0020]在另一个实施方案中，第一化合物是铁源和氮源，并且第二化合物是铜源。
[0021]在另一个实施方案中，第一化合物是铜源，第二化合物是铁源，并且第三化合物是氮源。
[0022]在另一个实施方案中，掺杂前体活性炭在单阶段工艺中进行，所述单阶段工艺包括使前体活性炭在含有铜源、铁源和氮源的水溶液中接触。
[0023]在另一个实施方案中，铜源是以下中的一种或多种：硫酸铜(II)五水合物(CuSO4·
5H2O)、氯化铜(II)(CuCl2)、氯化铜(II)二水合物(CuCl2·
2H2O)、硝酸铜(II)(Cu(NO3)2)、硝酸铜(II)一水合物(Cu(NO3)2·
H2O)、硝酸铜(II)倍半水合物(Cu(NO3)2·
1.5H2O)、硝酸铜(II)半五水合物(Cu(NO3)2·
2.5H2O)、硝酸铜(II)三水合物(Cu(NO3)2·
3H2O)、硝酸铜(II)六水合物(([Cu(H2O)6](NO3)2))、乙酸铜(II)(Cu(CH3COO)2)、乙酸铜(II)一水合物(Cu(CH3COO)2H2O)、甲酸铜(II)、Cu(NH3)
6+2
、碱式碳酸铜(II)Cu2(OH)2CO3、它们的化合物或它们的混合物；所述铁源是以下中的一种或多种：氯化铁(III)六水合物(FeCl3·
6H2O)、氯化铁(II)四水合物(FeCl2·
4H2O)、硫酸铁(III)铵十二水合物(NH4Fe(SO4)
·
12H2O)、硫酸铁(II)七水合物(Fe2SO4·
7H2O)、草酸铁(III)铵三水合物((NH4)3Fe(C2O4)3·
3H2O)、六氰高铁酸铵(II)水合物((NH4)4[Fe(CN)6]·
xH2O)、柠檬酸铁(III)铵((NH4)5[Fe(C6H4O7)2])、亚铁氰化钠十水合物(Na4Fe(CN)6·
10H2O)、草酸合铁酸钠(Na3Fe(C2O4)3)、亚铁氰化钾三水合物(K4[Fe(CN)6]·
3H2O)、铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])、亚铁草酸钾(K2[Fe(C2O4)2])或乙酸亚铁(II)四水合物((CH3COO)2Fe
·
4H2O)、乳酸亚铁二水合物、乳酸亚铁三水合物、它们的化合物或它们的混合物；并且所述氮源是其中氮具有
‑
3氧化态的一种或多种化合物。
[0024]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约800℃至约1050℃的温度下进行。
[0025]在另一个实施方案中，需要并进行氧化。
[0026]在另一个实施方案中，不进行氧化。
[0027]在另一个实施方案中，铜源是硫酸铜(II)五水合物(CuSO4·
5H2O)，铁源是氯化铁(III)六水合物(FeCl3·
6H2O)，并且氮源是尿素或双氰胺(DCD)中的一种或多种。
[0028]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约400℃至约1050℃的温度下进行。
[0029]在另一个实施方案中，煅烧在N2气氛中在约925℃至约975℃的温度下进行。
[0030]在另一个实施方案中，存在一种从流体中除本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由含碳材料形成的吸附剂材料，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20重量％的氮；以基于干燥的前体活性炭测量的约0.1重量％至约4重量％的铁和铜；其中所述吸附剂材料的氯胺破坏值(CDN)为约5至约75。2.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述氯胺破坏值为约20至约75。3.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述吸附剂材料的过氧化值小于约20分钟。4.如权利要求3所述的吸附剂材料，其中所述吸附剂材料的过氧化值为约1分钟至约10分钟。5.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中氮的量为约2.5重量％至约5重量％。6.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中氮的量为约1.4重量％至约3.0重量％。7.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述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。8.如权利要求7所述的吸附剂材料，其中至少部分所述含碳材料由椰子形成。9.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述铁和所述铜的重量比为约25:75至约75:25。10.如权利要求9所述的吸附剂材料，其中所述铁和所述铜的重量比为约50:50。11.一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；任选地氧化所述前体活性炭；通过使所述前体活性炭与作为铁源、铁源和氮源的一种或多种化合物接触来掺杂所述前体活性炭，从而形成掺杂的前体活性炭；通过在煅烧气氛中加热到至少约950℃的温度来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。12.如权利要求11所述的方法，其中单一化合物是所述铜源、所述铁源和所述氮源。13.如权利要求11所述的方法，其中第一化合物是所述铜源和所述铁源，并且第二化合物是所述氮源。14.如权利要求11所述的方法，其中第一化合物是所述铜源和所述氮源，并且第二化合物是所述铁源。15.如权利要求11所述的方法，其中第一化合物是所述铁源和所述氮源，并且第二化合物是所述铜源。16.如权利要求11所述的方法，其中第一化合物是所述铜源，第二化合物是所述铁源，并且第三化合物是所述氮源。17.如权利要求11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在含有所述铜源、所述铁源和所述氮源的水溶液中接触。18.如权利要求11所述的方法，其中：所述铜源是以下中的一种或多种：硫酸铜(II)五水合物(CuSO4·
5H2O)、氯化铜(II)(CuCl2)、氯化铜(II)二水合物(CuCl2·
2H2O)、硝酸铜(II)(Cu(NO3)2)、硝酸铜(II)一水合物
(Cu(NO3)2·
H2O)、硝酸铜(II)倍半水合物(Cu(NO3)2·
1.5H2O)、硝酸铜(II)半五水合物(Cu(NO3)2·
2.5H2O)、硝酸铜(II)三水合物(Cu(NO3)2·
【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：
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