[发明专利]一种改性活性炭及其制备方法

说明书

本发明提供了一种改性活性炭及其制备方法，该改性活性炭为经过醇胺化合物进行表面改性的活性炭，其具有较好的Cu(II)离子吸附效果，可用于水体中Cu(II)离子的去除。

技术领域

本发明属于炭材料技术领域，具体涉及一种改性活性炭及其制备方法。

背景技术

重金属离子是一类对环境污染最严重和人类危害最大的物质。大多数金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体。某些重金属及其化合物能在鱼类及其他水生生物体内以及农作物组织内富集、累积并参与生物圈循环，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。

活性炭是一种多孔性的含炭物质，它具有高度发达的孔隙构造，具有很高的比表面积，是一种极优良的吸附剂。而其吸附作用是通过物理性吸附力与化学性吸附力达成。其组成物质除了炭元素外，尚含有少量的氢、氮、氧及灰份，其结构则为炭形成六环物堆积而成。由于六环炭的不规则排列，使得活性炭具有多微孔体积及高表面积的特性。活性炭已被用于重金属离子的吸附去除。

目前，我国城市生活垃圾的年产量高达1.8亿吨，城市人均垃圾年产量约为440公斤，且每年以超过10％的速度迅猛增加，预测到2030年，中国城市生活垃圾年产量将达到4.09亿吨。大中城市，尤其是特大城市的人均垃圾产生量相对较高，其增长速率到达20％左右。

如果对这些垃圾不能妥善的处理和处置，那其中的有毒有害物质(重金属、病原微生物等)就会通过一定的环境介质如土壤、大气、地表或地下水进入生态系统中并形成污染。这不仅会破坏生态环境，导致不可逆的生态变化，而且还会对动植物安全以及人类的健康造成危害。

目前垃圾处理只能通过焚烧处理来减少垃圾容量。焚烧处理法会产生二噁英等各种危害环境的污染物质，安全的垃圾焚烧处理设备价格高、投资规模大，焚烧处理只能通过处理费用来维持运营，一般垃圾中树脂、塑料类占10％左右，剩下的就是餐厨、纸、木片等。

如果能够将垃圾产生的活性炭加以利用，则能够大幅降低吸附剂的成本，同时能够使垃圾得到资源化利用。

CN103949214A公开了一种以中药渣为原料的重金属吸附活性炭，其是将中药渣按根茎残渣质量百分含量分类后分别经高温炭化及水蒸汽活化，再混合后与过氧化氢进行氧化反应，然后经甲基丙烯酸进行改性及利用交联剂固化，最后烘干、粉碎制备而成。

CN104150480A公开了一种吸附重金属用超高比表面积活性炭的制备方法，通过将生物质原料干燥、粉碎至60～100目后放入微波反应器中，通入N₂，控制微波功率、碳化温度进行微波碳化，微波碳化50～100min后，冷却得炭化料。取炭化料与有机醇盐活化剂按1:1～10的质量比研磨混合均匀后，放入气氛炉中升温至800～1000℃并保温100～300min，冷却至室温取出，经盐酸洗后，再水洗至中性，干燥，即得活性炭。

在“浅析城市生活垃圾的资源化处理方式”，章备，中国市政工程，2013年6月，第3期(总第166期)，53-55中，介绍了城市生活垃圾的处理已从传统的填埋、焚烧和生化处理方式逐步过渡至循环经济和资源化处理，并且介绍了生活垃圾封闭式低温炭化处理和有机质固废处理厂的项目建设，指出生活垃圾封闭式内循环低温炭化技术是一种固体生物质的热化学加工方法，该工艺产生高热值气态燃料，该技术资源化程度较高，部分垃圾渗滤液、喷淋水经过生化处理后也可达标排放。

然而，在上述文献和其它现有技术中，使用的活性炭类吸附剂对重金属离子的吸附容量比较低并且吸附剂的生产成本通常比较高，本领域需要一种在具有较高重金属离子吸附容量且成本低的改性活性炭吸附剂。

发明内容

为解决上述问题，本发明人经过深入和系统研究，分析了生物质衍生活性炭吸附的特性和重金属离子，尤其是Cu(II)的吸附机理，对活性炭进行了表面改性，使得在较高温度下仍具有较高的重金属离子，同时该本发明方法生产的活性炭成本比较低。