[发明专利]一种改性活性炭及其制备方法和应用

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及其制备方法和应用，特别是用于吸附以氨气与硫化氢为主要致臭物质的混合气，特别是将所述改性活性炭去除集约化养殖场中的氨气与硫化氢的应用。

背景技术

如今，随着经济的发展，集约化养殖厂的数量与规模不断扩大，一定程度上带动经济发展，进一步满足市场需求，然而随之而来的是较严重的环境问题，特别是其产生的恶臭气体，影响人们的身体健康与生活环境，对这类恶臭气体的研究与治理具有重大的现实意义。氨气与硫化氢作为养殖场臭气的主要致臭物质，对它们的治理已刻不容缓，在众多方法中，吸附法脱除氨气与硫化氢具有速度快、效率高等诸多优点。

活性炭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。活性炭按孔的尺寸大体上分为三类：大孔、中孔和微孔，构成了活性炭吸附物质的基本结构。同时，活性炭表面的多种化合物对吸附作用也有一定程度的促进作用，表面形成的基团分为酸性和碱性基团。表面的活性基团对于性质相反的物质具有较强的吸附作用。

目前，浸渍活性炭的制备方法公开的专利有CN1765489、CN1830542等，针对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空隙结构与不同吸附质相适应，从而提高对吸附质的吸附能力。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。Choi等提出使用比表面积大的活性炭直接作吸附剂，并用KI溶液对活性炭进行改性处理，在对厌氧消化过程中产生的废气取得较好的去除效果。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。Leuch等人对常温下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。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。

在表面化学性质改性方面，傅成诚等用柠檬酸、NaOH溶液浸泡活性炭，改性后活性炭对氨气的吸附大于原样。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。师雁等发现活性炭的结构可以被CoPcS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，改性过程是一个孔扩蚀过程。在用CoPcS改性过程中，制备过程中的焙烧所引起的孔结构的变化以及活性物质的负载增强了对H₂S的吸附净化效果，而反应过程中生成的含硫团聚体使改性活性炭逐渐失活而被穿透。Menendez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。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。

针对活性炭吸附氨气和硫化氢，国内外学者也做了较广泛的研究。Subrenat等对常温下活性炭脱除氨气与硫化氢进行研究，研究表明：作为吸附剂，活性炭需要合适的表面官能团和孔结构协同作用；电附着在活性炭表面的铜、铁氧化物极大地提高了吸附容量。Leuch等用负载铜盐的ACF进行实验发现，在改性过程中的铜盐的浓度、溶液温度、环境温度以及浸渍时间等因素中，铜盐的浓度是影响浸渍处理的关键因素。

Rodrigues等研究了影响活性炭去除氨气与硫化氢效果的因素，发现活性炭和改性剂的种类在改性活性炭硫容量方面起决定性作用；铜盐溶液浸渍活性炭对氨气与硫化氢的去除效果较好。闫波等对活性炭负载氧化锌的吸附剂脱除氨气与硫化氢进行了研究，结果表明，在活性炭表面不仅有物理吸附，还有化学吸附，所生成的硫化物吸附在活性炭的空隙内。