竹基大孔生物活性炭及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種竹基大孔生物活性炭及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物活性炭（BAC)技術(shù)已在我國(guó)的給水深度處理過(guò)程中獲得了廣泛的應(yīng)用并取得 良好效果：依靠生物和活性炭的協(xié)同作用延長(zhǎng)了活性炭的壽命 [1][2]，降低了治水成本，為貫 徹執(zhí)行GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，從而為以生物活性 炭為中心的深度處理技術(shù)的推廣鋪平了道路。然而，生物活性炭（BAC)存在一個(gè)技術(shù)瓶頸： 當(dāng)水溫低于11°C時(shí)，其處理效果便下降[3]。我國(guó)幅員遼闊，水溫彡11°C的地區(qū)相當(dāng)大。如 果此問(wèn)題不解決，無(wú)疑會(huì)使這一技術(shù)在我國(guó)北方的推廣受到限制。
[0003] 生物活性炭（BAC)遇低溫處理效果下降的主要原因是：目前BAC所用的活性炭都 是基于吸附功能而開(kāi)發(fā)的，其孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主，無(wú)大孔(直徑> 〇. 1 μ m)，故微生物只能 附著在活性炭的外表面上，從而導(dǎo)致外界水溫對(duì)其影響較大。另外，生物活性炭的處理效果 不僅取決于活性炭的性能(吸附量）還取決于活性炭上載持的微生物的量，特別是使用后期 (通常為半年以后)，當(dāng)生物作用成為主導(dǎo)時(shí)，更是如此。要提高生物載持量就必須提高能載 持微生物的表面積，研究表明，活性炭的外表面積極其有限，其量綱單位為cm 2/cm3,而大孔 提供的比表面積可達(dá)mVcm3的程度。為了解決生物活性炭（BAC)怕低溫的技術(shù)瓶頸并提供 更多的供微生物附著的表面，本課題組開(kāi)發(fā)出了生物活性炭（BAC)用活性炭一大孔生物活 性炭，其最大孔徑達(dá)幾十至幾百微米，從而為微生物出入活性炭孔隙并繁衍提供了"宜居" 條件：降低外界溫度對(duì)微生物活性的影響、提高單位活性炭上微生物的載持量，這將有利于 解決我國(guó)生物活性炭在低溫下（<11°C)效果降低的技術(shù)難題。
[0004] 日本的有關(guān)研究說(shuō)明：這種進(jìn)入大孔的微生物可在低溫下（1°C、3. 6°C)具有常溫 下（19. 6°C )的處理效果，其中試實(shí)驗(yàn)在日本的北海道(相應(yīng)于我國(guó)的黑龍江?。┐髮W(xué)進(jìn)行， 時(shí)間為期兩年（1994年10月31日至1996年11月1日），結(jié)果表明：在水溫TC的條件下， 采用PICABI0L活性炭可使NH 3-N幾乎完全被氧化[4]。PICA是一家活性炭制造商，PICABI0L 是其飲用水凈化用活性炭的注冊(cè)商標(biāo)。
[0005] 這種能進(jìn)入活性炭大孔的細(xì)菌尺寸有多大，最早是由法國(guó)的K. GAIDm提出的，其 平均尺寸為1~2μπιΧ0. 5μπι。很顯然這些細(xì)菌是無(wú)法進(jìn)入活性炭的微孔和中孔的，而且 也不能進(jìn)入活性炭的所有大孔。只有那些微生物能夠進(jìn)入的孔隙(亦或能接近的表面)才是 有效的。因此找出這個(gè)臨界值，并生產(chǎn)出這種有效孔隙占主要構(gòu)成的產(chǎn)品（生物活性炭用活 性炭）才能使生物活性炭這項(xiàng)技術(shù)更趨完善。
[0006] 參考文獻(xiàn)
[0007] [l]ffang, B. Z. Yin, J. et al. , A Preliminary Study on Efficiency and Mechanism of THMs Removal in Ozonation and BAC Processes[J]. Ozone Science&. Engineering. 2010, 6 (4):261.
[0008] [2]劉建廣，張春陽(yáng)，查人光等.飲用水深度處理工藝活性炭運(yùn)行周期探討[J].給 水排水，2011，37 (5) :35 ~40
[0009] [3]周云羅，啟達(dá)，王占生，余清.臭氧一生物活性碳工藝及其生物作用研究[J]. 上海水務(wù),2003,19 (4) :5-8.
[0010] [4]笠原伸介.用于臭氧生物炭處理的木質(zhì)及煤質(zhì)顆粒活性炭[J].水道協(xié)會(huì)雜志 (日），1997, 66(12) :20-29.
[0011] [5]www. picacarbon. com. Email:contact-Picaiveoliawater. com
[0012] [6]黃振興.活性炭技術(shù)基礎(chǔ)[M]·北京：兵器工業(yè)出版社，2006.
[0013] [7]Κ. GAID.在活性炭上進(jìn)行生物凈化的機(jī)理[J].水研究 (法），1982, 16(1) :7-17.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 為了解決生物活性炭（BAC)怕低溫的技術(shù)瓶頸并提供更多適合微生物生長(zhǎng)繁衍、 供微生物附著的表面，解決我國(guó)生物活性炭在低溫下（<ll°c)效果降低的技術(shù)難題，本發(fā)明 提供一種竹基大孔生物活性炭及其制備方法。
[0015] 本發(fā)明提供的制備竹基大孔生物活性炭的方法，包括如下步驟：
[0016] 其中，方法一包括如下步驟：
[0017] 將竹子碎屑和粘接劑混合壓塊，炭化后，通入活化劑進(jìn)行活化反應(yīng)，得到所述竹基 大孔生物活性炭；
[0018] 方法二包括如下步驟：
[0019] 將竹子碎屑?jí)簤K，炭化后，通入活化劑進(jìn)行活化反應(yīng)，得到所述竹基大孔生物活性 炭。
[0020] 上述方法中，所述活化劑均選自水蒸氣、二氧化碳、氧氣和空氣中的至少一種；
[0021] 所述粘接劑選自煤焦油、煤浙青、木焦油、酚醛樹脂、糠醛樹脂和紙漿廢液中的至 少一種。
[0022] 所述方法一中，粘接劑的用量為竹子質(zhì)量的0-35%，具體為25%、33%或25-33%，所 述粘接劑的用量不為〇 ;
[0023] 所述方法一和二中，活化劑的用量均為0. lkg/h-lkg/h，具體為0. 4kg/h、0. 6kg/ h、lkg/h、0. 4-0. 6kg/h或0. 6-lkg/h。視活性炭產(chǎn)品的要求而增減。
[0024] 所述炭化步驟中，溫度均為450-600°C，具體為500°C、550°C、500-550°C ;時(shí)間均為 0. 5-2. 5小時(shí)，具體為1. 5小時(shí)、1. 8小時(shí)或1. 5-1. 8小時(shí)；炭化過(guò)程實(shí)質(zhì)是開(kāi)環(huán)物質(zhì)熱聚合 成稠環(huán)并形成孔隙雛形的過(guò)程。
[0025] 所述活化步驟中，溫度均為700-1000°C，具體為800°C、850°C、800-85(rC ;時(shí)間均 為1-3. 5小時(shí)，具體為2小時(shí)、3小時(shí)、2-3小時(shí)?；罨^(guò)程則是高溫下依靠氣體的氧化能力， 清除孔隙中游離炭使孔隙成形的過(guò)程。
[0026] 按照上述方法制備得到的竹基大孔生物活性炭，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027] 其中，所述竹基大孔生物活性炭的孔徑為0. 3nm_400 μ m ;
[0028] 孔徑大于500,4的孔的孔容積占所述竹基大孔生物活性炭中所有孔的孔容積的 比例為30-70%，具體為61. 6%。
[0029] 上述本發(fā)明提供的竹基大孔生物活性炭在水處理中的應(yīng)用，也屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
[0030] 其中，所述水為給水。所述水處理為除去水中的有機(jī)污染物。
[0031] 本發(fā)明既可以提供圓柱狀活性炭，又可以提供破碎炭及粉末活性炭。
[0032] 由于采用了本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，由于本發(fā)明的工作原理及工作過(guò)程所述， 使得本發(fā)明與已有的公知技術(shù)相比，從而獲得了如下有益效果：
[0033] 1、由于本發(fā)明所用原材料為可再生能源，從而獲得了節(jié)約資源、可持續(xù)發(fā)展的有 益效果。
[0034] 2、由于本發(fā)明包含微孔、中孔及大孔結(jié)構(gòu)，從而獲得了使微生物代謝產(chǎn)物再次被 活性炭吸附的有益效果。
[0035] 3、由于本發(fā)明包含中孔及大孔結(jié)構(gòu)，從而獲得了使活性炭具有更多輸送通道的有 益效果。
[0036] 4、由于本發(fā)明包含大孔結(jié)構(gòu)，從而獲得了較活性炭外表面更大的比表面積的有益 效果。
[0037] 5、由于本發(fā)明包含微米級(jí)大孔結(jié)構(gòu)，從而獲得了使微生物進(jìn)入活性炭?jī)?nèi)表面及降 低外界溫度影響的有益效果。
[0038] 6、由于本發(fā)明的4、5條所述，從而獲得了更高生物載持量的有益效果。
[0039] 7、由于本發(fā)明包含微孔及中孔結(jié)構(gòu)，從而獲得了使生物活性炭兼具吸附功能的有 益效果。
[0040] 8、由于本發(fā)明的孔隙較大，從而獲得了飽和活性炭易于再生的有益效果。
[0041] 9、由于本發(fā)明的以上各條所述，從而獲得了"利用生物活性炭孔隙結(jié)構(gòu)選擇生物 活性炭用活性炭"新思路的有益效果。
[0042] 10、由于本發(fā)明的新思路所述，從而獲得了在該新思路指導(dǎo)下提供"生物活性炭用 活性炭"新產(chǎn)品、為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步作出貢獻(xiàn)的有益效果。
[0043] 12、由于本發(fā)明的以上各條所述，從而獲得了克服和解決已有公知技術(shù)中存在的 諸多不足、缺陷與弊端的有益效果。
[0044] 13、由于本發(fā)明的以上各條所述，從而獲得了應(yīng)用具有"生物活性炭孔隙結(jié)構(gòu)"的 活性炭進(jìn)行的水處理得以充分考慮微生物的實(shí)際因素、為其提供"宜居"條件、盡而達(dá)到生 物降解效果徹底以及節(jié)約資源的目的等有益效果。
[0045] 14、由于本發(fā)明的設(shè)計(jì)科學(xué)合理、效果穩(wěn)定可靠，從而獲得了制作成本低、便于推 廣應(yīng)用的有益效果。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1為大孔生物活性炭中的大孔的電子顯微鏡照片（500X)
[0047] 圖2為生物活性炭用活性炭的中孔、微孔隙電子顯微鏡照片對(duì)比（1000X)。
[0048] 圖3為活性炭的N2吸附/脫附等