[发明专利]一种羰基活性炭颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种羰基活性炭颗粒及其制备方法和应用。该羰基活性炭颗粒为表面修饰有羰基官能团的活性炭颗粒；其中，所述羰基活性炭颗粒的比表面积为4.08m²/g～5.71m²/g，所述羰基活性炭颗粒的孔径为5.20nm～90.5nm。本发明还提供了一种羰基活性炭颗粒的制备方法及其在吸附苯系物中作为苯系物吸附剂或在活化过硫酸盐去除苯系物中作为催化剂的应用。本发明提供的羰基活性炭颗粒具备超大的比表面积和丰富的孔径结构，使其在对苯系物的吸附上具有绝对的优势；本发明提供的羰基活性炭颗粒，其表面的羰基官能团可以催化过硫酸盐产生单线态氧，通过氧化反应彻底去除有机物。

技术领域

本发明涉及活性炭技术领域。更具体地，涉及一种羰基活性炭颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

无论是石油开采、储运造成原油泄漏还是石油生产加工过程中产生中间产物，上述环节均能产生对环境造成严重影响的苯系物，这些苯系物通过挥发、渗流等多种途径进入到大气、土壤、水体等自然环境中，进入大气中的苯系物会进一步随着大气降水迁移，最终进入土壤和地表水，并污染地下水。苯系物是苯及其衍生物的总称，大多为有毒有害物质，一般以苯、甲苯、乙基苯以及二甲基苯的三种异构体、间二甲苯、对二甲苯最为常见，合称BTEX，这类物质一般溶解度较小，密度小于水，能够被微生物利用从而得到去除。另外石油加工过程中产生的苯胺、硝基苯也对环境产生了很大的风险，其不但有易燃易爆的风险，而且毒性较大，对人体有极大的伤害。苯系物不仅毒性大，分布广泛，且对生态安全和水质安全具有严重威胁，同时苯系物还具有致癌、致畸、致突变作用，严重威胁人类健康。

在场地修复领域，苯系物修复技术按照修复原理可分为：物理修复、化学修复、生物修复、联合修复。目前，治理苯系物最行之有效的方法就是物理吸附法，而吸附法最核心的研发重点是吸附材料的开发。目前，国内外学者在苯系物吸附领域研发的吸附材料主要有颗粒活性炭、活性炭纤维、沸石分子筛、二氧化硅气凝胶、树脂、污泥黏土等，但不同类型的吸附材料由于结构特点的不同，使其适用范围各不相同，其中活性炭是目前应用范围最广的一种活化剂吸附材料，也是目前苯系物吸附材料研究的重点(参见王帆等，苯系物吸附材料的研究进展及发展趋势[J]，安全与环境工程， 2018，25(05):80-90)。

活性炭(Activated Carbon，AC)是由各种含碳丰富的材料(如木材、煤、褐煤和椰子壳)经过炭化、活化产生的多孔物质，通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。目前，大多数活性炭针对苯系物的去除主要是通过他的吸附能力，在较高的温度下，容易出现解析现象，使得污染物从活性炭中析出，再次污染环境；另外，活性炭吸附饱和后，吸附效果就趋近于零，此时就需要更换活性炭，对较为难更换材料的工程而言，反而会增加自己的工程成本。活性炭的表面化学性质由它表面官能团的种类和数量、表面杂原子决定。活性炭表面官能团包括含氧官能团和含氮官能团。活性炭表面含氧官能团分为：酸性含氧官能团，如羧基、羧酸酐和内酯基，其中羧基酸性最强，内酯基次之，酚羟基为弱酸性；中性官能团亦称为弱酸性官能团，如酚羟基、苯醌基和醚基；碱性官能团，如醌式羰基、吡喃酮基和苯并吡喃基。这些不同种类的含氧基团是活性炭上的主要活性位，它们能使活性炭表面呈现微弱的酸性、碱性、氧化性、还原性、亲水性和疏水性。这些完全对立的性能构成了活性炭性能的多样性，同时影响到活性炭与活性组分或有机物的结合能力，进而影响到催化剂和吸附剂的性能(参见刘子乐，表面改性活性炭活化过硫酸盐降解苯酚的研究[D]，太原理工大学，2017)。