[发明专利]一种笋壳基活性炭的制备方法及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种笋壳基活性炭的制备方法及使用方法.

背景技术

染料废水水量大、成分复杂、色度深、毒性强，如果未经过标准处理，直接排放到水体中，必将造成污染，给生态环境和人类健康带来危害。随着染料种类不断增加、染色工艺不断发展，染料废水更加复杂。利用相应技术处理不同种类染料废水，实现废水达标排放或回收利用，已成为当前环境治理迫切需要解决的问题。目前常用的方法有：化学法、电化学还原法、膜分离法、水生物法、离子交换法和吸附法等。

吸附法能够选择性地吸附有机化合物，对染料废水的去除效果明显，目前活性炭是应用最为普遍的一类吸附剂，它的比表面积大，吸附能力强，选择性好，对大多数染料废水都具有良好的处理效果。但是活性炭成本高，再生困难，因此开发新型高效价廉的吸附剂，如一些天然植物材料，价格低廉，来源丰富，将其改性处理后，用来做吸附剂处理染料废水，具有广阔的应用前景。

笋壳作为农作物的产物，其中含有丰富的纤维素、半纤维素以及木质素等有机成分，因而具有众多的羟基、羧基和氨基等官能团，可以与吸附剂发生离子交换、络合等作用。如果加入或去除某些基团，就有可能提高笋壳的吸附能力或对某些基团或离子进行选择性的吸附能力。将笋壳进行改性处理，降低纤维素的结晶度、聚合度，破坏纤维素、半纤维素的结合层，有效地增加比表面积，能够增加笋壳的吸附性能。

化学法是一种比较简易、有效的处理染料废水的方法。依据不同的处理物质，采用不同的处理工艺与方法，但也引入了新的污染物质，造成新的污染问题。

电化学还原法是一种将电化学法与催化工艺技术相结合而发展起来的更高效、更经济、更具竞争力的废水处理技术。具有选择性高、自动化程度高等优点，但是所用的金属电极材料容易出现表面的腐蚀、钝化以及表面污染等现象。

膜分离法是通过膜的选择透过性将污染物和水进行分离。但费用较高，且膜的质量将直接影响去除效果，需要对膜进行及时的清洗和更换，因此在实际应用中受到较大的制约。

水生物法是利用水生植物以及其根系位置的微生物吸收、累积并且全部或部分还原降解水中离子的技术，主要应用于富营养化水体中氮磷的处理，但现阶段利用该法吸附处理多处于实验室的研究阶段。

离子交换法是利用离子交换树脂对染料废水进行脱色处理，但由于离子交换树脂不能适应各种类型染料的分离，而且操作费用高，去除分散染料的效果有限，使得离子交换树脂未能在染料废水处理中广泛应用。

吸附法处理染料废水具有方便简便、效率高、投资少、周期短等特点，经济适用，符合我国国情，历来受到重视。活性炭具有比表面积大，孔隙结构发达等特点，是一种高性能的吸附剂，可广泛应用于多种气相和液相污染物的去除。但是由于成本高和再生损耗高等缺点限制了其使用的范围。未改性的生物质本身对染料也具有一定的吸附能力，主要是依靠纤维素、半纤维素等结构中的功能性基团，如羟基、羧基等与水中的染料离子发生相互作用。但是直接利用生物质作为水处理吸附剂，吸附效果比较差，为了提高吸附效果，必须对其结构进行活化改性。

活性炭的细孔构造与活化方法和活化条件有关，常用的活化方法有物理活化法和化学活化法。

物理活化法一般包括两个步骤，首先是含碳材料的炭化过程，然后高温炭化的产物在通入活化气体的条件下升温活化。活化气体一般采用二氧化碳、水蒸气、空气或者它们的混合气体。二氧化碳是常用的活化气体，活化反应速率较慢，活化反应速率较慢，易于控制活化反应过程，因此应用广泛。采用农业废弃物等作为原材料，采用物理活化法制备了木质活性炭。一般反应过程需要较高的活化温度。

化学活化法制备活性炭工艺较为简单，一般用化学活化剂按一定比例与原料浸泡，进行脱水和氧化，然后在高温条件下炭化和活化反应同时完成。化学活化法炭化和活化反应过程一步完成，能耗低，能够在较低的温度下制备孔结构良好的活性炭。当前，化学活化法广泛地用于生物质基活性炭的制备。常用的活化剂有氯化锌、氢氧化物、磷酸和碳酸钾等。

笋壳在我国是极为丰富的自然资源，以往总是被当作农业废弃物直接丢弃或焚烧，不仅污染环境，而且更是一种资源的浪费。笋壳的主要成分为木质素、纤维素和半纤维素，笋壳中含有大量的含氧官能团(羟基)，成为制备活性炭的首选材料。利用笋壳废弃物来制备活性炭，并对活性炭进行负载改性，可以有效提高其对染料废水的吸附能力。

技术方案：

为解决当前染料污水处理问题，本发明提供了一种笋壳基活性炭的制备方法及使用方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：