[发明专利]一种改性活性炭及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及饮用水处理领域，具体涉及一种改性活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

在我国，有大量以高氯酸钾为直接产品的化工厂，广泛分布在全国各地。在工业生产中利用高氯酸铵作为氧化添加剂的企业更是普遍。同时我国还是烟火制造和消费大国，烟火中氧化剂的主要成分就是高氯酸钾。在这些高氯酸盐的制造和使用过程中带来了很多的环境问题。中国科学院生态环境研究中心曾采集并测定了北京市9个饮用水厂的原水和出厂水样品，调查结果发现其中有6个水厂的原水和出厂水都含有高氯酸盐，原水的平均浓度在0.8μg/L～13.6μg/L，出厂水的平均浓度为0.5μg/L～2.4μg/L。特别是一家以地下水作为水源的水厂，其原水高氯酸盐浓度达到了30.7μg/L，超过了美国环境保护署(EPA)公布的安全阈值18μg/L。此外，在澳门的自来水中也检测到高氯酸盐的浓度为3.16μg/L。由此可以估计我国许多水源(尤其是地下水源)也已经受到了高氯酸盐的污染。不仅是我国在很多地方发现了高氯酸盐的污染，在20世纪90年代末，美国环保署(USEPA)在美国多个州的饮用水中同样发现了高氯酸盐。高氯酸盐的污染已经成为一个全球的环境问题不容忽视，因此迫切需要加强对高氯酸盐去除问题的研究。

高氯酸盐被摄入体内后，会对人体健康构成较大的威胁。研究表明，高氯酸盐会与碘化物竞争性地与甲状腺结合，抑制甲状腺浓集碘的作用，增加了碘化物从甲状腺滤泡细胞排出率。如果人体内存在过量的高氯酸盐，必然导致碘化物的利用率很低，造成甲状腺激素分泌不足，进而对血红蛋白的生成、心脏功能、肺和骨骼的发育、免疫力的维持和听觉器官等诸多方面产生较为严重的不利的影响。

现今水体中高氯酸盐的去除工艺主要有传统的活性炭吸附法、微生物法和离子交换法。传统的活性炭吸附法，只是对活性炭进行很少量的处理，改善活性炭表面的一些物理化学性质，这样活性炭的吸附容量依然很低，并且吸附饱和后的活性炭不可以再循环利用，成本很高，去除效率还很低，实用性差。微生物法由于微生物培养和筛选困难，且处理低浓度时的效率低下，还有可能引入病原菌，所以如果在饮用水中使用，可能带来更大的安全隐患。离子交换法效率较高，但是离子交换树脂不易于再生，成本昂贵，难以大范围推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种吸附容量大的改性活性炭，以及相应该改性活性炭的制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种改性活性炭，其表面含有季铵盐结构和吡啶结构，所述季铵盐结构和吡啶结构是对活性炭表面进行氧化、氨化和甲基化处理后得到。

作为一个总的发明构思，本发明还提供上述改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将活性炭粉碎，过筛，再用硝酸溶液处理；优选地，所述步骤(1)中，所述活性炭为椰壳活性炭，通过粉碎控制所述活性炭粉的粒度为200～400目；

(2)在氮气或空气气氛下，利用氨气对经上述步骤(1)处理后的活性炭粉进行氨化处理；进一步地，所述氨化处理过程中还通入氧气，通入的所述氨气与氧气的体积比(5～50)∶(0.5～50)；更进一步地，还可通入二氧化碳，通入的所述氨气和二氧化碳的体积比为(5～50)∶(0.5～50)；本步骤中，当通入有各种不同的气体时，可不按先后顺序混合通入；

(3)将经上述氨化处理后的活性炭进行甲基化处理，优选地，甲基化处理为：优选采用CH₃I对所述活性炭粉进行甲基化处理，甲基化后于室温下干燥10～30小时，然后在真空的环境中，加热到50～100℃，恒温干燥1～5小时；

(4)将经甲基化处理后的的活性炭先用氯化钠溶液清洗，再使用去离子水清洗，经干燥，得到改性活性炭。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(1)中，所述硝酸溶液处理是指：将所述粉碎后的活性炭粉加入浓度为2mol/L～18mol/L的硝酸溶液中，在60℃～80℃的水浴中加热10～24小时，然后用去离子水清洗(一般清洗3～4遍即可)，再于50℃～120℃的环境下干燥10～48小时。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤(2)中，所述氨化处理过程中的反应时间控制在0.5～5小时，反应温度为300℃～800℃，通入气体的流量为5ml/min～50ml/min。