[发明专利]一种改性活性炭及其制备方法和应用

说明书

本申请提供一种改性活性炭及其制备方法和应用，将季铵盐溶液与活性炭混合，反应，得到改性活性炭。本申请中，携带正电的季铵盐通过库伦引力与表面为负电的活性炭靶向结合，之后所述季铵盐携带的碳碳双键或碳碳三键能够打开与活性炭表面结合，牢牢结合在活性炭表面，实现活性炭表面电荷分布改变的同时还有效防止所述季铵盐被活性炭吸附导致堵孔现象的发生，此外，易溶于水的铵离子显著提高了活性炭表面的亲水性。

技术领域

本申请涉及活性炭改性领域，特别涉及一种改性活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的发展，水体中的污染物种类越来越多，特别是一些阴离子污染物的出现，对于人类健康产生了极大的威胁，比如F^-、ClO₄^-等。长期饮用含氟量高于1.0～1.5mg/L的水时，则易患斑齿病，如水中含氟量高于4mg/L时，则可导致氟骨病等疾病。高氯酸盐不但会对甲状腺产生影响，还会对机体的生长发育、生殖行为、神经系统发育等造成一定影响。

针对水体中污染物的去除，通常采用活性炭吸附的方式。在美国有超过一半以上的污水处理厂，使用粉末或者颗粒状活性碳来处理污水。活性炭是一种多孔隙的吸附材料，具有高的孔隙度和较大的比表面积，是一种广谱吸附剂，但是，活性炭的等电荷点(pH_IEP)通常较低，导致活性炭在中性溶液中通常带负电。因此，采用活性炭处理水体中的阴离子效果并不理想。此外，活性炭常被用来作为合成复合材料的载体，通过在活性炭上引入具有某种特定性质的材料，但往往因为载体和引入的材料在溶液中均带负电，使得难以通过静电自组装的方式形成复合材料。

针对这样的现象，对活性炭在溶液中表面电荷分布的调控问题亟待解决，目前主流的处理方式是采用阳离子活性剂对活性炭表面化学进行改性，但因为活性炭孔隙发达，采用大部分的阳离子活性剂在改变活性炭表面电荷分布的同时，更多的阳离子活性剂会被活性炭吸附到孔隙中，造成严重堵孔的现象。因此，如何靶向改性活性炭表面电荷分布并缓解活性炭孔道被堵塞尚未开发。

发明内容

针对上述问题，本申请通过季铵盐对活性炭进行化学改性的方法，制备得到一种改性活性炭。其中，携带正电的季铵盐通过库伦引力与表面为负电的活性炭靶向结合，之后所述季铵盐携带的碳碳双键或碳碳三键能够打开与活性炭表面结合，牢牢结合在活性炭表面，实现活性炭表面电荷分布改变的同时还有效防止所述季铵盐被活性炭吸附导致堵孔现象的发生，此外，易溶于水的铵离子显著提高了活性炭表面的亲水性。

根据本申请的一方面，提供了一种改性活性炭的制备方法，将季铵盐溶液与活性炭混合，反应，得到改性活性炭；所述季铵盐选自具有式I结构的化合物中的至少一种，

其中，M^n-为带负电的离子，n为M的电荷数；R₁、R₂、R₃、R₄独立地选自含有取代基或不含取代基的C₁～C₅的烷烃、烯烃或炔烃中的任意一种，且R₁、 R₂、R₃、R₄中至少一个含有碳碳不饱和键；所述季铵盐与所述活性炭的质量比为(0.5～10)：1。

可选地，所述活性炭为经过高温炭化和高温活化的炭；所述高温的温度大于等于600℃。

活性炭是通过固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在900～1500℃条件下用二氧化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得。

炭化使碳以外的物质挥发，氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质，产生新的和扩大原有的孔隙，改善微孔结构，增加活性。

可选地，所述活性炭为煤基活性炭。