[发明专利]一种改性活性炭和制备方法及用其吸附硫化氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于污染空气净化领域，特别是涉及一种改性活性炭和制备方法及用其吸附硫化氢的方法，特别是用改性活性炭去除集约化养殖场中的硫化氢的用途和方法。

背景技术

近十几年来，随着城市规模的扩大，集约化养殖厂不断发展，带来较大的经济利润，也方便市场需求，然而随之而来的环境问题却不容忽视，其散发的气味难闻，严重时还会引起周边生活人们的不适，严重影响人们的生活环境质量，对这类恶臭气体的研究与治理具有重大的现实意义。H₂S作为养殖场臭气的主要致臭物质，它的治理已迫在眉睫，吸附法脱除H₂S由于脱硫速度快、效率高而受到人们的关注。

活性炭是含碳物质经过炭化和活化制成的多孔性产物。它具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，可用作吸附剂、催化剂和催化剂载体。活性炭的孔大体上分为三类，即大孔、中孔和微孔，这些孔就是活性炭吸附能力的本源。活性炭表面含有多种化合物，吸附氧时形成的基团分为酸性和碱性基团，酸性基团主要有七种结构形式：羧基、酚羟基、醌型羰基、内酯基、羧酸酐基和环形过氧基，碱性基团主要有三种，它们均是色烯结构化合物。活性炭表面除含有氧基团外还有硫基团和氮基团，硫基团是硫原子和活性炭表面作用或表面氧基团置换形成的，氮基团是氮原子和活性炭表面碳原子或表面氧基团作用形成的。

目前，浸渍活性炭的制备方法公开的专利有CN1765489、CN1830542等，活性炭的改性主要是进行表面物理结构特性的改性和表面化学性质的改性。物理结构特性改性的目的就是使活性炭的细孔与不同吸附质分子尺寸相当，提高对其的吸附能力。物理结构特性改性主要是改变活性炭的孔结构，如孔径的大小、孔容的大小等。表面物理结构的改性方法有物理法、化学法和物理化学联合法。表面化学性质改性主要改变活性炭的表面酸、碱性，引入或除去某些表面官能团，使其具有某种特殊的吸附或催化性能，主要的方法有：氧化改性、还原改性和负载金属改性。

在物理结构特性改性方面，主要有物理法、化学法、物理化学联合法。日本学者Yoshikawa提出使用比表面积大的ACF直接作还原剂，并用硝酸对ACF进行改性处理，在汽油机、柴油机上实验取得较好的效果。日本尤尼吉卡公司经过大量研究发现，在比表面积、微孔直径、微孔容积在一定范围的再生纤维素系、沥青系等活性炭上，添加聚乙烯亚胺就可以达到吸附脂肪族醛等臭味的目的，而且它们与改性活性炭表面上的氧(表面氧质量分数范围为10％～20％)有相乘作用，经反复洗涤或随时间推移的性能劣化极少。Rongyan等人对氢氧化钾改性的活性炭常温脱除硫化氢进行研究，发现适当的湿度有利于化学吸附：干气氛下主要是物理吸附；脱硫温度的升高有利于化学吸附。陈水挟、曾汉民用高锰酸钾或硝酸等氧化剂对活性炭进行表面进行改性，改性后的ACF对Ag(NH₃)²⁺的还原吸附量大幅度提高，可达550mg/g以上。

在表面化学性质改性方面，荣海琴等用含胺基的亲水性化合物溶液浸泡活性炭，改性后活性炭对甲醛的吸附大于原样。同时得出，在表面官能团与孔结构共同作用下既有物理吸附又有化学吸附，且吸附过程中含氮官能团的作用较显著。杨全红等发现ACF的结构可以被FeSO₄改性改变，而且活性炭结构变化很大。说明孔的形状与微晶尺度有很大关系，改性过程是一个孔括蚀过程。在用FeSO₄改性过程中，炭石墨微晶微观上呈细晶化趋势，而由微晶缺陷及微晶之间的空隙形成的孔却呈增大的趋势，而且孔趋向于圆形。Menendez J.A.等研究了用微波处理对活性炭表面化学的改性，结果表明：在氮气保护下，炭表面的大多数含氧基团被去除，同时炭的pH显著增加。微波处理较传统加热处理耗时少，仅仅几分钟就可使酸性炭变为相对氧含量低的碱性炭，同时微波处理后的炭更不易在空气中再氧化。Andrey Bagreev等人在煤基活性炭上浸渍三聚氰胺或尿素，高温制得脱硫剂，在常温进行脱除H₂S实验，发现，在微孔中引入大量的含氮有机胺官能团，大大提高了脱硫活性。