[发明专利]基于选择性吸附净化原理的多级活性炭吸附床系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级活性炭吸附床净化系统，主要适用于给水排水处理技术领域，可应用于原水与污水的深度净化处理工程。

背景技术

伴随着我国经济的高速发展，有机物的种类和使用量不断增加。有机物的广泛使用不可避免地通过各种渠道进入到作为饮用水水源的水体中，作为水源的河流、水库、湖泊受到不同程度的有机物污染。并且以酚类为代表的人工合成小分子有机物，能够造成水体长久性污染并且处理难度极大。有机物还会在水体和土壤中不断的积累，然后通过食物链进入生物体并逐渐富集，最后进入人体，对人类产生毒害作用。此外水体中普遍存在以腐殖酸为主的天然大分子有机物,天然大分子有机物是由分子量不同、化学特性为异的多种组分构成的，它的存在能够显著增加致癌性消毒副产物的形成。目前，一般的有机物处理技术包括絮凝，氧化方法和生物处理法在应用于有机污染物处理时存在处理量不足、成本高等问题。因此，因此开发经济有效的有机物处理技术是水中污染治理的关键。

活性炭是以碳元素为基础，经过物理化学方法加工而成的一种多孔性吸附材料，具有内部空隙结构发达、比表面积大和吸附能力强的特点。因此在各种改善水质和提高净水效果的深度处理技术中，活性炭吸附技术是弥补常规水工艺存在的问题最成熟的方法之一。活性炭吸附技术早在20世纪20年代便已经在国外被用于去除水中的臭和味。活性炭对有机物的去除主要是内部各种孔隙的吸附作用，因此活性炭的孔隙分布结构决定了它对不同分子大小有机污染物的去除效果。活性炭的内部孔隙一般可以分为大孔、介孔和微孔。活性炭的吸附作用主要依赖于分子间作用力、化学键力和静电吸引力形成的吸附，物质之所以在两相界面上产生浓度自动变化，关键在于存在于吸附剂和吸附质之间的这三种不同的作用力，这三种作用力分别形成了物理吸附、化学吸附和交换吸附，它们构成了活性炭的吸附特性。

经专利检索，国内外采用多级活性炭吸附床处理水中有机污染物的研究较少。此外，就目前而言，活性炭吸附应用主要存在天然大分子有机物与小分子有机物竞争吸附、小分子有机物聚合产物易堵塞活性炭空隙使饱和活性炭的再生困难、对于天然大分子有机物吸附速率缓慢的问题。因此亟需设计一种针对不同种类有机物均可行有效的活性炭吸附处理系统，以更好的满足水体中有机污染物处理需求。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种基于选择性吸附净化原理的多级活性炭吸附床系统，其处理效率高、适用多种有机污染物去除，能够对不同种类的有机污染物进行选择性吸附，同时提供良好的活性炭再生效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于选择性吸附净化原理的多级活性炭吸附床系统，包括布置于吸附通道前段的第一活性炭吸附床和布置于吸附通道后段的第二活性炭吸附床，所述第一活性炭吸附床承载有高介孔结构活性炭，所述第二活性炭吸附床承载有超高微孔结构活性炭，所述高介孔结构活性炭能够吸附净化天然大分子有机物，所述超高微孔结构活性炭能够吸附净化人工合成小分子有机物。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述高介孔结构活性炭以块状形式紧密排列在第一活性炭吸附床内，所述超高微孔结构活性炭以块状形式紧密排列在第二活性炭吸附床内。

所述超高微孔结构活性炭能够抑制人工合成小分子有机物在有氧状态下发生聚合反应。

所述高介孔结构活性炭的BET比表面积为1696m2/g，介孔体积为0.672cm3/g，总孔体积为1.025cm3/g，介孔比例为65.6%。

所述超高微孔结构活性炭的BET比表面积为1476m2/g，微孔体积为0.683cm3/g，总孔体积为0.841cm3/g，微孔比例为81.3%。

本发明的多级吸附系统在吸附净化的过程中采用多级吸附的方式，具体分为前段和后段，前段采用高介孔结构活性炭进行吸附净化，高介孔结构活性炭具备适用于吸附净化天然大分子有机物的物理化学性质，能够选择性的有效去除天然大分子有机污染物，从而有效避免了天然大分子有机物与人工合成小分子有机物在后段吸附床中的竞争吸附作用，大大提高后段吸附床对于小分子有机物的吸附效率，后段采用超高微孔结构活性炭进行吸附净化，超高微孔结构活性炭不仅能够有效去除人工合成小分子有机污染物，而且活性炭所具备的超高微孔孔隙结构能够有效抑制人工合成小分子有机物在有氧状态下所发生聚合反应，从而大大提高了活性炭的再生效率。