[发明专利]一种以生物质为原料一步合成磺化活性炭的方法及应用

说明书

本发明提供一种以生物质为原料一步合成磺化活性炭的方法及应用：首先将生物质原料用混合酸浸渍，且浸渍量为饱和浸渍量的50％～100％，然后置于110℃～500℃的条件，在一定的气氛下反应2～12h，当环境温度≤300℃时，也可直接暴露在空气气氛下反应，再冷却至室温，用蒸馏水洗涤至洗涤液为中性，最后将洗涤后的磺化活性炭进行干燥；所述磺化活性炭在污水处理中的应用：用于清除污水中的重金属离子和有机污染物。本发明以废弃生物质作为原料，原料来源广，成本低，并一步完成生物质原料的碳化、活化和磺化过程，相比于多步法制备的磺化活性炭过程，明显削弱对磺酸基和活性炭孔道结构的破坏作用，显著提高了磺化活性炭的比表面积和磺酸基含量。

技术领域

本发明属于生物质资源化利用技术领域，还涉及活性炭加工技术领域，具体涉及一种以生物质为原料一步合成磺化活性炭的方法及应用。

背景技术

生物质来源丰富，主要包括：农业生产过程中产生的秸秆、果壳、果核等农业产品和废弃物；林业生产过程中的树木、枝丫、锯末等林业产品和废弃物；畜牧业、养殖业产生的牛粪、羊粪和鸡粪等动物粪便；工业生产过程中的糠醛渣、废弃包装纸等废弃物。然而，生物质资源没有得到有效的利用，除少量用于燃料、饲料、造纸和肥料外，绝大多数被就地焚烧、掩埋或遗弃于田间使其自然降解。这些处理方法造成了资源极大的浪费和环境问题。所以，实现生物质的资源化利用，可以在创造经济价值的同时缓解环境污染现象。

有机污染物和重金属是污水中的主要污染物质。有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质以及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著的生物毒性的，他们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程。二者不仅会影响水生动植物的生存，还会危害人类的饮用水安全。有机污染物污水去除方式包括吸附、生物降解、气提、水解以及光解等。重金属离子污水的处理方法一般都采用吸附法，用单一的吸附处理剂价格偏高，而且吸附效果并不是很理想。处理污水中有机污染物和重金属通常需要采用不同的处理手段和处理过程，处理流程比较复杂。开发一种可以同时除去有机污染物和重金属污染物的方法可以极大简化污水的处理流程，提高污水处理效率。

活性炭材料是生物质、煤和高分子材料等富碳原料经过加工处理所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的表面结构特性和表面化学性能。活性炭的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂，可以再生使用。活性炭可吸附水中的有机污染物，被广泛用于污水处理领域。在活性炭表面通过磺化反应引入磺酸基后，可以制得磺化活性炭，在具备吸附水中有机污染物的同时，可以与水中的铅、汞、镉、铜等重金属交换，从高效的清除污水中的重金属。因此，磺化活性炭是一种可同时清除水中有机污染物和重金属污染物的双功能的优良污水处理剂。

中国专利CN201310080712.4公开了一种磺化木质活性炭的制备原料、制备方法及其应用，该方法的原料是预先制得的木质活性炭，将木质活性炭与95％～98％的浓硫酸反应使活性炭磺化。该方法制得的磺化活性炭仅可用作环氧乙烷水合反应的多相催化剂。中国专利CN201710169764.7公开了一种生物质活性载体磺化制备固体酸的方法，该方法以活性炭为原料，以98％的浓硫酸为磺化剂制备磺化活性炭。该方法制得的活性炭的比表面积极低，为5～10m²/g，不具备吸附有机物污染物的能力，仅用作甲酚的烷基化反应的催化剂。中国专利201310005875.6公开了一种以沥青为原料制备磺化活性炭的方法，该方法首先制备磺化沥青，再以KOH为活化剂将磺化沥青活化为活性炭，该磺化活性炭可作为电容器电极材料。中国专利2018107979-22.8公布了一种适用于大粒径且吸附重金属离子的活性炭的制备和再生方法，该方法以聚酰亚胺为原料经过磺化、碳化获得活性炭，该活性炭可以吸附污水中的重金属。