一種用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制備方法，利用了活性炭多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大等特點，將氧化鋯負載在活性炭孔隙內(nèi)外表面，可以大大提高活性炭對硫酸鹽的吸附效果，同時也避免了純品氧化鋯價格高，顆粒細膩，鋯流失嚴重的問題。制得的改性活性炭在水中的穩(wěn)定性和耐久性好，對水中硫酸根離子的吸附能力強，吸附速率快，能有效去除水中SO42?離子，減輕其對環(huán)境及人體的危害，可用于實際生產(chǎn)應(yīng)用，在相關(guān)水處理領(lǐng)域有較高的應(yīng)用性和推廣性。
【專利說明】
一種用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在礦山開采、冶金、化工等行業(yè)中，硫酸是必不可少的一個原材料，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。硫酸的消耗量被看作是一個國家工業(yè)化程度的指標之一。硫酸作為一種原材料被廣泛而大量的使用，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含有硫酸根的廢水，這部分廢水在生產(chǎn)過程中循環(huán)使用，它的處理狀況為提高工業(yè)水的利用率有著重要的作用。另外，在自然條件下，暴露在地表的金屬硫化物礦物的風化氧化也會產(chǎn)生大量含有重金屬離子及硫酸根的酸性礦山廢水，這些廢水或被微生物及植物吸收而進入土壤和沉積物中，或直接匯入河流而污染礦區(qū)地表、地下水及土壤，危害生態(tài)環(huán)境及當?shù)厝巳航】?。長期飲用含有S042—離子的水會引起嚴重生理危害，如消瘦、膀胱炎、結(jié)石等，使人們身體健康遭到嚴重威脅。
[0003]活性炭(GAC)作為應(yīng)用極為廣泛的吸附劑，因其比表面積大，具有多孔結(jié)構(gòu)，制備簡單以及成本低、安全可靠等特點，適用于對有機污染物進行吸附，然而在對離子型污染物如硫酸根的吸附效果則有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0006]—種用于去除水中硫酸根的改性活性炭的制備方法，包括:
[0007]I)取顆?；钚蕴?，按照固液比(g:mL) 1: 18?22的比例加入至0.8?1.2M的酸性氧氯化鋯溶液中，室溫下浸漬攪拌2.5?3.5h;
[0008]2)在步驟I)浸漬攪拌后的溶液中逐滴滴加氨水以調(diào)節(jié)pH值為4.8?5.2，室溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)3.5?4.5h;此過程中必須逐滴滴加氨水，且pH值必須控制在4.8?5.2，因為逐滴滴加氨水至剛好產(chǎn)生沉淀時，沉淀可以在活性炭表面均勻覆蓋，這樣烘干后才能形成均勻的氧化鋯層;若堿性過大，會生成氫氧化鋯晶體顆粒，無法均勻覆蓋，而且烘干后會形成較大粒的顆粒，從活性炭表面脫落，影響吸附效果；
[0009]3)過濾步驟2)得到的溶液，濾渣水洗至中性，得到活性炭濾渣；
[0010]4)將步驟3)得到的活性炭濾渣置于100?110°C烘焙22?26h，得到鋯氧化物負載的顆?；钚蕴课絼礊樗鲋糜谌コ辛蛩岣母男曰钚蕴?，其對水中硫酸根離子的最大吸附容量為70?95mg/g，吸附平衡時間為25?35min。
[0011]一實施例中:所述步驟I)中，固液比為1:20，酸性氧氯化錯溶液濃度為1M，室溫下浸漬攪拌3h。
[0012]一實施例中:所述步驟2)中，逐滴滴加氨水以調(diào)節(jié)pH值為5，室溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)4h。
[0013]一實施例中:所述步驟4)中，在105°C下烘焙24h。
[0014]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0015]—種根據(jù)上述的制備方法所制備的用于去除水中硫酸根的改性活性炭。
[0016]一實施例中:所述改性活性炭對水中硫酸根離子的最大吸附容量為70?95mg/g，吸附平衡時間為25?35min。
[0017]一實施例中:所述改性活性炭吸附水中硫酸根的最佳條件為pH值4?5。
[0018]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點:
[0019]本發(fā)明使用的氧化鋯，對硫酸根離子具有較強的親和力，且利用了活性炭多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大等特點，將氧化鋯負載在活性炭孔隙內(nèi)外表面，對活性炭進行了表面修飾，可以大大提高活性炭對硫酸鹽的吸附效果，同時也避免了純品氧化鋯價格高，顆粒細膩，鋯流失嚴重的問題。制得的改性活性炭在水中的穩(wěn)定性和耐久性好，對水中硫酸根離子的吸附能力強，吸附速率快，能有效避免S042—離子對環(huán)境及人體產(chǎn)生危害，可用于實際生產(chǎn)應(yīng)用，在相關(guān)水處理領(lǐng)域有較高的應(yīng)用性和推廣性。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]圖1為本發(fā)明的改性活性炭外觀示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的改性活性炭改性前后的電鏡照片，其中a為改性前的普通活性炭GAC，b為改性后的活性炭Zr-GAC。
[0023]圖3為本發(fā)明的改性活性炭吸附等溫線示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0025]I)取稱量好的5.0Og顆?；钚蕴浚谷胧⒂?0mL 1.0M的酸性氧氯化鋯溶液的250mL燒杯或錐形瓶中，室溫下浸漬攪拌3h;
[0026]2)使用滴定管在步驟I)浸漬攪拌后的溶液中逐滴滴加1:1的氨水(S卩市售含氨28 %?29 %的濃氨水與水以體積比為1:1混合配制的溶液)以調(diào)節(jié)pH值為5，室溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)4h;
[0027]3)使用布式漏斗過濾步驟2)得到的溶液，濾渣用去離子水洗至濾液呈中性，得到活性炭濾渣；
[0028]4)將步驟3)得到的活性炭濾渣收集在培養(yǎng)皿內(nèi)，轉(zhuǎn)移至恒溫干燥箱，105°C烘焙24h，得到鋯氧化物負載的顆粒活性炭吸附劑Zr-GAC，即為所述之用于去除水中硫酸根的改性活性炭。如圖1所示，該改性活性炭外觀呈黑色粉末，與原來活性炭相比顏色略淡，偏灰色。
[0029]如圖2所示，改性前的活性炭(圖2a)吸附劑微觀結(jié)構(gòu)為典型的多孔結(jié)構(gòu)，大孔結(jié)構(gòu)尤為明顯，尺寸在幾十微米。改性后(圖2b)，表面大孔結(jié)構(gòu)被一層物質(zhì)包裹覆蓋，比表面積減少。能譜分析表面覆蓋物為鋯氧化物，其表面仍然可見一些微小孔隙結(jié)構(gòu)。
[0030]如圖3所示，測試了Zr-GAC對吸附飲用水中S042—離子的能力，測試條件為:吸附劑量2g/L，反應(yīng)時間2h，溫度298.15K，溶液pH 6.8。結(jié)果表明:Zr-GAC吸附劑對SO42—離子的吸附等溫線較為符合Langmuir型吸附等溫線；通過計算得知，Zr-GAC吸附劑的最大吸附容量約為 73mg/g。
[0031]另測試了在pH為4?5的酸性條件下的吸附情況，結(jié)果顯示，Zr-GAC吸附劑在pH為4?5的酸性條件下吸附能力更強，其最大吸附量可達90mg/g，吸附平衡時間為30min。測試結(jié)果證明，本發(fā)明的改性活性炭材料對飲用水中的S042—離子有良好吸附效果，且吸附速率也較快，在相關(guān)水處理領(lǐng)域有較高的應(yīng)用性和推廣性。
[0032]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于去除水中硫酸根的改性活性炭的制備方法，其特征在于:包括: 1)取顆?；钚蕴?，按照固液比1:18?22的比例加入至0.8?1.2M的酸性氧氯化鋯溶液中，室溫下浸漬攪拌2.5?3.5h; 2)在步驟I)浸漬攪拌后的溶液中逐滴滴加氨水以調(diào)節(jié)pH值為4.8?5.2，室溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)3.5?4.5h; 3)過濾步驟2)得到的溶液，濾渣水洗至中性，得到活性炭濾渣； 4)將步驟3)得到的活性炭濾渣置于100?110°C烘焙22?26h，得到鋯氧化物負載的顆?；钚蕴课絼?，即為所述之用于去除水中硫酸根的改性活性炭，其對水中硫酸根離子的最大吸附容量為70?95mg/g，吸附平衡時間為25?35min。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，固液比為1:20，酸性氧氯化錯溶液濃度為IM，室溫下浸漬攪拌3h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，逐滴滴加氨水以調(diào)節(jié)pH值為5，室溫繼續(xù)攪拌反應(yīng)4h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，在105°C下烘焙24h。5.—種根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的制備方法所制備的用于去除水中硫酸根的改性活性炭。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改性活性炭，其特征在于:所述改性活性炭對水中硫酸根離子的最大吸附容量為70?95mg/g，吸附平衡時間為25?35min。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改性活性炭，其特征在于:所述改性活性炭吸附水中硫酸根的最佳條件為pH值4?5。
【文檔編號】B01J20/20GK106040177SQ201610573289
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】曹威, 王鎮(zhèn)乾, 李欣, 楊立, 康晨陽
【申請人】華僑大學