[发明专利]一种改性竹炭的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改性竹炭的制备方法及其应用，首先对竹子材料进行功能化处理，得到多孔竹炭颗粒，再以多孔竹炭为载体，在超声作用下将金属盐均匀分布在竹炭孔隙内部和表面并与竹炭以化学键和物理方式牢固结合，制备得到改性竹炭。该方法得到的改性竹炭上负载的大量铜、锡、钴或锰等高价金属元素在铁碳微电解反应中能够增加电位差，使铁更快地被氧化为铁离子，使铁离子生成反应得到促进，从而能够促进铁碳微电解反应进程，对铁碳微电解反应有良好的催化效果，水处理效果良好，解决现有的改性竹炭不适用于铁碳微电解的问题。本发明工艺简单易行，原料来源丰富、廉价易得，成本低，易于实现大规模的工业化生产，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及水处理材料技术领域，特别的涉及一种改性竹炭的制备方法及其应用。

背景技术

铁碳微电解是利用金属腐蚀原理法，形成原电池对废水进行处理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等，利用铁在水中发生氧化还原(电化学腐蚀)作用，去除污水中的污染物，净化水质，是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺。为提高电化学反应活性，采用外加碳基材料增加阴极，碳基材料的选用一定程度上决定了该工艺水处理效果的好坏。由于竹子特殊的结构，竹炭具有十分发达的大、中孔，使其具有较强吸附性，能提高水处理效果，且具有低成本、绿色环保的特点，因此竹炭是一种较理想的碳基材料。

目前制备竹炭的方法有土窑加热直接烧制法、干馏热裂烧制法等，如发明专利CN201610641743.6公开了一种竹炭干燥剂的土窑烧制法，将竹材堆放于土窑进行加热，对竹材进行烟熏预干燥处理3至5天，对竹材进行干燥处理5至7天，对竹材进行预炭化处理5至7天；对竹材进行炭化处理5至7天，对竹材进行煅烧处理5至7天，但方法费时费力、耗能较大、污染严重。发明专利CN201810380966.0公开了一种铁-竹炭复合材料的制备方法，将竹炭与酸试剂混合进行第一改性处理，得到酸改性竹炭；将所述酸改性竹炭与铁试剂混合进行第二改性处理，得到铁改性竹炭；将所述铁改性竹炭与水葫芦叶子提取液混合，调节所得反应物料的pH值为6～6.8，进行还原反应，得到铁-竹炭复合材料，但得到的复合材料中铁与竹炭的结合主要靠物理吸附，结合不稳定，导致在用于铁碳微电解时稳定性欠佳、净化效果慢、水处理效果较差，且无催化强化铁碳微电解反应过程的作用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种改性竹炭的制备方法及其应用，解决现有竹炭制备存在能耗高、耗时长、污染严重及在铁碳微电解时稳定性不好、反应缓慢、水处理效果差等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种改性竹炭的制备方法，包括以下步骤：

1）将竹子材料置于稀酸溶液中浸泡24h~48h后，清洗并干燥，去除其表面的有机物并使其表面粗糙；

2）将步骤1）预处理的竹子材料粉碎，过筛得到竹炭粉末，再向所述竹炭粉末中加入造孔剂、水和粘结剂，将其搅拌均匀后搓制成直径为3~5mm小球，然后将所述小球置于马弗炉中煅烧，得到多孔竹炭小球；3~5mm的直径小球保证了铁碳微电解后竹炭的回收再利用。

3）将步骤2）得到的多孔竹炭小球与金属盐和pH控制剂混合均匀，使反应体系pH值为8~9，然后将其置于15~70℃的超声恒温水浴中充分反应1~2h，再将产物经洗涤、干燥即得到所述改性竹炭。

作为优选的，所述造孔剂、粘结剂、水与竹炭粉末的质量比为0.01~0.05：0.10~0.30：0.1~0.4：1。

作为优选的，所述多孔竹炭小球与金属盐的质量比为1：0.01~0.05。

作为优选的，竹子材料为箭竹、单竹、斑竹、水竹、棕竹、刺楠竹、罗汉竹、凤尾竹或巨龙竹等竹类植物的主干、枝干以及由它们制成的产品。毛竹为禾本科刚竹属，为中国大面积种植的竹类，其具有高弹性、高刚性、高硬度、纤维长等特点，可用于材用、食用、药用、观赏等，是制备竹炭的理想材料。