一种活性炭的改性方法、一种改性活性炭及其应用

技术领域

本申请涉及饮用水用活性炭的改性和应用的技术领域，更具体地说，它涉及一种活性炭的改性方法、一种改性活性炭及其应用。

背景技术

活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料果壳、煤、木材等在隔绝空气的条件下加热，以减少非炭成分，然后与气体反应，活性炭表面被侵蚀，产生微孔发达的结构，此过程为活化过程。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀为点状侵蚀，所以活性炭表面具有无数个细小的孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，活性炭具有很大的表面积，每克活性炭的表面积为500～1500m

三氯甲烷，分子式为CHCl

在饮用水水质检测中，三氯甲烷是一项很重要的检查项目，三氯甲烷在饮用水中的含量超标会对人体产生伤害，因此，控制饮用水中三氯甲烷的含量是极为重要的。但是，现有的活性炭对饮用水中三氯甲烷的吸附量不稳定。

发明内容

为了改善现有的活性炭对饮用水中三氯甲烷的吸附量不稳定的缺陷，本申请提供一种活性炭的改性方法、一种改性活性炭及其应用。

第一方面，本申请提供一种活性炭的改性方法，采用如下技术方案：

一种活性炭的改性方法，将活性炭A在温度为150-200℃的条件下烘干1-3h，即可制得改性活性炭。

通过采用上述技术方案，发现一种新的活性炭的改性方法，该方法只需要在常压条件下对活性炭进行烘干处理，处理过程对操作环境要求较低，无需营造高压的环境，即可完成活性炭的改性处理，操作过程简单、方便、无污染，且无需对活性炭进行其他预处理，简化了活性炭的处理过程，节约时间，提高了工作效率，制得了一种吸附量高、吸附量稳定的活性炭。

通过该处理方法，活化了活性炭，提高了活性炭的吸附量和吸附效率，且活性炭吸附量的稳定性也得到提高。

同时，烘干处理能够去除活性炭中的微生物，减少活性炭中微生物的存在对后续饮用水水处理过程中的危害。

优选的，所述活性炭A的烘干温度为150-170℃。

通过采用上述技术方案，对烘干温度进一步优化，将活性炭在150-170℃范围进行烘干处理，制得一种改性活性炭，该改性活性炭对饮用水中三氯甲烷的吸附量大大提高，且该改性活性炭具有良好的吸附稳定性。

优选的，所述活性炭A选自木质活性炭、煤质活性炭的一种或者它们的组合。

优选的，所述活性炭A为木质活性炭。

优选的，所述木质活性炭为椰壳活性炭。

第二方面，本申请提供的一种改性活性炭是由上述改性方法制得的。

通过采用上述技术方案，制得一种改性活性炭，改性活性炭应用于饮用水处理过程中，相较于未改性的活性炭，改性活性炭对三氯甲烷的吸附量大大提高，吸附稳定性进一步提高，故提高了改性活性炭的利用率，节约成本。

优选的，单位重量的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量为18-50ppb。

通过采用上述技术方案，选择一种改性活性炭对饮用水中的三氯甲烷进行吸附，经烘干处理制得的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量达到46.2ppb,且改性活性炭的吸附量更加稳定。

优选的，单位重量的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量为22-47ppb。

第三方面，本申请提供的改性活性炭的应用方法，改性活性炭用于吸附三氯甲烷。

通过采用上述技术方案，将改性活性炭应用到饮用水处理过程中，对饮用水中的三氯甲烷进行吸附，提高了活性炭对饮用水中三氯甲烷的吸附量的稳定性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过本申请的改性方法，对活性炭进行改性处理，制得一种应用于饮用水处理的改性活性炭，该改性方法只需在常压下对活性炭进行改性处理，无需借助高压环境，操作简单，适应性强，对操作环境要求较低，制得一种能够大大提高吸附稳定性的改性活性炭；同时，该改性处理只需一步操作即可完成活性炭的改性处理，无需对活性炭进行其他预处理，简化了处理过程，节约成本，提高了工作效率，该方法具有良好的商业价值，值得大规模推广和使用。

2、通过本申请制得的改性活性炭，吸附性能更加稳定；同时，可预先直接检测活性炭对三氯甲烷的吸附能力，无需检测使用活性炭前、后饮用水中的三氯甲烷的含量，方便筛选合格的活性炭，便于进行批量购买，节约成本，提高资源利用率，且适用于大规模工业生产。

3、本申请中，选用改性活性炭作为吸附饮用水中三氯甲烷的吸附剂，改性活性炭具有较高的吸附量以及良好的吸附性能，能够更加高效地吸附饮用水中的三氯甲烷。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例以及对比例中选择三种不同类型的活性炭并对其进行不同方式的处理，三种类型的活性炭分别为椰壳活性炭、煤质活性炭以及椰壳活性炭和煤质活性炭的混合物，三种类型的活性炭的性能数据如表1所示。

表1三种类型活性炭的性能数据

注：粒度为活性炭中0.63-2mm粒径的活性炭占总活性炭的百分比；“/”代表未检测。

本申请实施例中一种活性炭的改性方法，包括以下步骤：

将活性炭A在温度为150-200℃的条件下烘干1-3h，即可制得改性活性炭。

实施例

实施例1-8选用的活性炭均为椰壳活性炭，工艺参数见表2。

表2本申请实施例1-8中烘干处理的工艺参数

实施例9-16选用的活性炭均为煤质活性炭，工艺参数见表3。

表3本申请实施例9-16中烘干处理的工艺参数

实施例17-24选用的活性炭为煤质活性炭和椰壳活性炭的混合物，工艺参数见表4。

表4本申请实施例17-24中烘干处理的工艺参数

对比例1-6选用和实施例1中相同的椰壳活性炭，对椰壳活性炭进行不同方式的处理，工艺参数见表5。

表5本申请对比例1-6中对活性炭的处理工艺参数

性能检测试验

检测方法

(一)吸附量的检测

分别对经烘干处理制得的改性活性炭、蒸汽处理制得的活性炭以及原样处理(未处理)的活性炭进行饮用水中三氯甲烷吸附量的检测，检测方法以GB/T5750.8-2006为依据。

本申请中活性炭对饮用水中三氯甲烷吸附量的检测方法，包括如下步骤：

S1、取5.00g活性炭置于250mL锥形瓶中，加入100mL去离子水和0.6mL、10.0mg/L的三氯甲烷标准溶液，摇匀，封口静置，得到待测溶液；

S2、分别用移液枪吸取10mL浸泡0.5h、1.0h后的待测溶液，置于20mL气相小瓶中，检测改性活性炭对三氯甲烷的吸附量。

选取0.5h、1.0h作为浸泡时间是根据模拟工厂饮用水处理过程中，饮用水在炭罐的存放时间决定。

表6为本申请实施例1-24以及对比例1-6中活性炭在饮用水中对三氯甲烷的吸附量。

表6本申请实施例1-24以及对比例1-6中活性炭在饮用水中对三氯甲烷的吸附量

由上表可以看出，实施例1中将椰壳活性炭经烘干处理得到改性活性炭，将改性活性炭置于标准的三氯甲烷溶液中分别浸泡0.5h、1h，改性活性炭的吸附量分别为36.6ppb、46.2ppb，并且随着浸泡时间的增加，改性活性炭的吸附量增加。

对比实施例1与实施例2-8的数据，由上表可知，当烘干处理条件为160℃、2h时，制得的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量达到最大值，因此，可以推测，当烘干温度为160℃、时间为2h时，此条件为最优选的烘干处理条件，此条件下进行烘干处理得到的改性活性炭为最优选的改性活性炭。

对比实施例1与实施例9-16的数据，由上表可知，由椰壳活性炭经烘干处理得到的改性活性炭与煤质活性炭经烘干处理得到的改性活性炭相比，椰壳活性炭经烘干处理得到的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量较高，从而证明本申请中由椰壳活性炭制得改性活性炭具有高效的吸附性能，本申请的改性方法更为适用于椰壳活性炭的改性。

对比实施例1与实施例17-24的数据，由上表可知，椰壳活性炭经烘干处理得到的改性活性炭与椰壳活性炭和煤质活性炭的混合物经烘干处理得到的改性活性炭相比，椰壳活性炭经烘干处理得到的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量较高，可以推测出，对于椰壳活性炭经烘干处理得到的改性活性炭具有高效的吸附性能，是一种优良的改性活性炭。

对比实施例1与对比例1-4的数据，由上表可知，当烘干温度为160℃、时间为2h时，在该条件下制得改性活性炭具有最优的吸附量。

对比例5中将椰壳活性炭进行蒸汽处理，将经蒸汽处理制得的活性炭置于标准的三氯甲烷溶液中分别浸泡0.5h、1h，活性炭对三氯甲烷的吸附量分别为12.78ppb、23.15ppb。

对比例5与实施例1的区别在于：对比例5中选用蒸汽处理的方式对活性炭进行处理，对比实施例1与对比例5的数据，由上表可知，将椰壳活性炭经烘干处理得到的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量大大提高，可以推测出，烘干处理相较于蒸汽处理，烘干处理可增大活性炭的孔径，从而证明本申请的烘干处理得到的改性活性炭具有高效的吸附性能。

对比例6与实施例1的区别在于：对比例6中的活性炭为原样处理(未经处理)的活性炭，对比实施例1与对比例6的数据，由上表可知，对比例6中原样处理(未处理)的椰壳活性炭在标准的三氯甲烷溶液中分别浸泡0.5h、1h后，原样处理(未处理)的活性炭对三氯甲烷的吸附量分别为36.5ppb、44.5ppb，对比实施例1与对比例6中，可知与未处理的活性炭相比，经烘干处理得到的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量得到提高。因此，相较于原样处理(未处理)的活性炭，经烘干处理后得到的改性活性炭对三氯甲烷的吸附量得到提高，改性活性炭具有优良的吸附性能。

(二)稳定性测试

首先取同一批次的椰壳活性炭对其进行不同处理方式(烘干处理、蒸汽处理、原样处理)的处理，然后取不同处理方式处理后的活性炭对其进行吸附饮用水中的三氯甲烷，观察经不同处理方式(烘干处理、蒸汽处理、原样处理)处理得到的活性炭对饮用水中三氯甲烷吸附的稳定性，其中烘干处理选用实施例1中的改性活性炭，蒸汽处理选用对比例5中的活性炭，原样处理选用对比例6中未进行处理的活性炭，表7为活性炭对三氯甲烷的吸附效率。

表7活性炭对三氯甲烷的吸附效率(％)

注：活性炭对三氯甲烷的吸附效率达到60％时，该活性炭为合格活性炭。

将椰壳活性炭经不同处理得到的活性炭置于标准的三氯甲烷溶液中分别浸泡0.5h、1h后，得到上表中的吸附效率，根据上表中数据可计算出经烘干处理制得的改性活性炭的合格率分别为70％、80％；经蒸汽处理得到的活性炭的合格率为分别为30％、60％；原样处理(未经处理)的活性炭的合格率分别为50％、60％。

对比上述数据可知，经烘干处理得到的改性活性炭对三氯甲烷的吸附效率较为稳定，说明由烘干处理制得的改性活性炭的吸附稳定性较高，烘干处理是一种良好的改性方法；同时，相较于蒸汽处理制得的活性炭以及原样处理的活性炭，经烘干处理得到的改性活性炭的吸附效率大大提高，可以推测出，经烘干处理得到的改性活性炭具有较高的重复利用率，可节约成本，提高资源利用率。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。