CN113368815B - 一种改性助剂、改性活性炭浆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性助剂、改性活性炭浆及其制备方法和应用，按质量百分比计，改性助剂包括如下组分：抗坏血酸35％～75％，亚硫酸盐10％～30％，锌粉10％～20％，碳酸氢盐5％～15％；所述改性活性炭浆的制备方法，包括如下步骤：按比例将粒径大于0.1mm的活性炭和所述改性助剂分散于水中，通过湿法研磨将活性炭研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到改性活性炭浆；每毫升水中加入总质量为5～50mg的活性炭与改性助剂；活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～1)。本发明所述改性助剂能够脱除活性炭中的部分含氧官能团，从而增强改性活性炭浆的非极性，强化其对土臭素和2‑甲基异莰醇的吸附能力。

Description

一种改性助剂、改性活性炭浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种改性助剂、改性活性炭浆及其制备方法和应用。
背景技术
饮用水中的土臭素和2-甲基异莰醇是饮用水臭味的主要来源，它们主要来自于蓝藻和放线菌，严重影响饮用水感官质量。我国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)规定，饮用水中土臭素和2-甲基异莰醇浓度不得超过0.00001mg/L。由于土臭素和2-甲基异莰醇非极性较强且化学性质稳定，很难通过常规水处理工艺(如混凝、沉淀、过滤、消毒)去除。因此，如何绿色、高效地去除水中微量土臭素和2-甲基异莰醇成为目前的研究热点和难点。
活性炭具有较大的比表面积、发达的孔隙结构和丰富表面官能团，是一种广泛应用于水处理技术领域中的吸附材料。如公开号为“CN109499541A”的中国发明专利公开了一种通过研磨制备活性炭的方法，该方法制备得到的活性炭粒径分布在0.5μm～10μm之间，比表面积大于1000m2/g，具有吸附速度快，吸附容量高的优点，但该方法未针对活性炭表面含氧官能团进行削减，导致无法确保有效去除水中土臭素和2-甲基异莰醇。因此，开发一种改性助剂，强化改性后活性炭对土臭素和2-甲基异莰醇的去除能力，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的首要目的是克服上述现有技术制备得到的活性炭无法有效去除水中土臭素和2-甲基异莰醇的问题，提供一种改性助剂，该改性助剂可脱除活性炭表面含氧官能团，强化改性后活性炭对土臭素和2-甲基异莰醇的吸附能力。
本发明的进一步目的是提供上述改性助剂改性得到的活性炭浆。
本发明的另一目的是提供上述改性活性炭浆的应用。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种改性助剂，包括如下按质量百分比计的组分：
优选地，所述改性助剂包括如下按质量百分比计的组分：
本发明所述亚硫酸盐选自亚硫酸钠、亚硫酸钾或亚硫酸钙中的一种或多种。
本发明所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵或碳酸氢钙中的一种或多种。
一种改性活性炭浆的制备方法，包括如下步骤：
按比例将粒径大于0.1mm的活性炭和上述改性助剂分散于水中，通过湿法研磨将活性炭研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到改性活性炭浆；
每毫升水中加入总质量为5～50mg的活性炭与改性助剂；
活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～1)。
在本发明中，粒径大于0.1mm的活性炭在湿法研磨过程中会暴露出活性表面，碳酸氢盐控制溶液pH为中偏碱性，抗坏血酸、亚硫酸盐以及锌粉有较强的亲核能力，能够与活性炭表面的羟基、羧基、羰基以及环氧基反应将氧原子脱除生成水分子，减少改性活性炭浆表面含氧官能团，从而增强改性活性炭浆的非极性，使其对土臭素和2-甲基异莰醇的吸附能力得到强化。
优选地，活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.2～0.8)。
本发明所述活性炭选自椰壳活性炭、煤质活性炭或木质活性炭中的一种或多种。
一种改性活性炭浆，由上述方法制备得到。
本发明所述改性活性炭浆表面含氧官能团较少，非极性强，使用后无需分离提纯，可用于除去水中的非极性污染物。因此，上述活性炭浆在除去水中非极性污染物中的应用也应该在本发明保护的范围内。
优选地，所述非极性污染物为土臭素和2-甲基异莰醇中的一种或两种。
本发明利用上述改性活性炭浆去除水中土臭素和2-甲基异莰醇的方法，包括如下步骤：
将改性活性炭浆加入到含土臭素和2-甲基异莰醇的水体中，搅拌均匀，处理0.5～2h；水体中改性活性炭浆的浓度为300～500mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供一种绿色无毒的改性助剂，使用该改性助剂研磨制备得到的改性活性炭浆可直接用于饮用水水处理过程，无需分离提纯。
2、本发明所述改性助剂能够脱除活性炭中的部分含氧官能团，从而增强改性活性炭浆的非极性，强化其对土臭素和2-甲基异莰醇的吸附能力。
具体实施方式
为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。本发明实施例所述原料活性炭购自环宇工业活性炭出售的煤质粉末活性炭，粒径0.2-2mm。
表1实施例1～5所述改性助剂中各成分质量百分比
成分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
抗坏血酸 55％ 45％ 65％ 75％ 35％
亚硫酸盐 20％ 25％ 15％ 10％ 30％
锌粉 15％ 18％ 12％ 10％ 20％
碳酸氢盐 10％ 12％ 8％ 5 15％
实施例6
一种改性活性炭浆的制备方法，包括以下步骤：
按质量比1：0.5将总质量为30g的活性炭和实施例1所述改性助剂分散于1L水中得到悬浊液，将悬浊液加入到湿式球磨机中，启动球磨机将活性炭研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到改性活性炭浆。
实施例7
与实施例6不同的是，本实施例采用实施例2所述改性助剂。
实施例8
与实施例6不同的是，本实施例采用实施例3所述改性助剂。
实施例9
与实施例6不同的是，本实施例采用实施例4所述改性助剂。
实施例10
与实施例6不同的是，本实施例采用实施例5所述改性助剂。
实施例11
与实施例6不同的是，本实施例中活性炭和改性助剂的质量比为1：0.2。
实施例12
与实施例6不同的是，本实施例中活性炭和改性助剂的质量比为1：0.8。
实施例13
与实施例6不同的是，本实施例中活性炭和改性助剂的质量比为1：1。
实施例14
与实施例6不同的是，本实施例中活性炭和改性助剂的质量比为1：0.05。
实施例15
与实施例6不同的是，本实施例中活性炭和改性助剂的质量比为1：0.01。
对比例1
与实施例6不同的是，本对比例研磨后粉末颗粒粒径分布在10～15μm。
对比例2
与实施例6不同的是，本对比例所述改性助剂不包括抗坏血酸。
对比例3
与实施例6不同的是，本对比例所述改性助剂不包括亚硫酸钠。
对比例4
与实施例6不同的是，本对比例所述改性助剂不包括锌粉。
对比例5
与实施例6不同的是，本对比例所述改性助剂不包括碳酸氢钠。
对比例6
与实施例6不同的是，本对比例未添加改性助剂。
对比例7
与实施例6不同的是，本对比例活性炭粒径分布在0.01～0.05mm。
测试表征
计算实施例6～15以及对比例1～7所得改性活性炭浆的表面含氧官能团量。表面含氧官能团量计算方法为：Boehm滴定法，该方法利用乙醇钠的稀溶液中和炭材料表面酸性含氧官能团，以乙醇钠溶液中和值表示羧基、内酯基、酚羟基和羰基，按照国标标准GBT601-2016配制盐酸溶液和乙醇钠标准溶液，利用梅特勒全自动电位滴定仪进行标定。
将实施例6～15以及对比例1～7所得改性活性炭浆分别加入到土臭素浓度为200ng/L、2-甲基异莰醇浓度为200ng/L的模拟废水中，搅拌均匀，模拟废水中活性炭浆的浓度为400mg/L，计算平衡吸附量。平衡吸附量计算方法为：利用准二级吸附动力学模型进行拟合，通过相应的方程计算平衡吸附量，来评估吸附剂的吸附性能，准二级动力学方程如下：
其中k2为吸附速率常数，g·mg–1·min–1；qe为平衡吸附量，mg·g–1；qt为t时刻吸附剂的吸附量，mg·g–1。
实施例6～15和对比例1～7所得改性活性炭浆的表面含氧官能团量以及对非极性污染物土臭素、2-甲基异莰醇的平衡吸附量见表2。
表2
从实施例6～15以及对比例1～7可以看出，当本发明所述改性助剂中缺少某一成分，或是改性后活性炭浆粒径较大，又或是原料活性炭粒径过小时，会影响制备得到的改性活性炭浆含氧官能团的含量，进而影响其对土臭素、2-甲基异莰醇的吸附性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改性活性炭浆在除去水中非极性污染物中的应用，其特征在于，所述改性活性炭浆的制备方法包括如下步骤：
按比例将粒径大于0.1mm的活性炭和改性助剂分散于水中，通过湿法研磨将活性炭研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到改性活性炭浆；
每毫升水中加入总质量为5~50mg的活性炭与改性助剂；
活性炭与改性助剂的质量比为1：（0.01~1），
其中，所述改性助剂，包括如下按质量百分比计的组分：
抗坏血酸 35%~75%；
亚硫酸盐 10%~30%；
锌粉 10%~20%，
碳酸氢盐5%~15%。
2.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述改性助剂包括如下按质量百分比计的组分：
抗坏血酸 45%~65%；
亚硫酸盐 15%~25%；
锌粉 12%~18%；
碳酸氢盐 8%~12%。
3.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述亚硫酸盐选自亚硫酸钠、亚硫酸钾或亚硫酸钙中的一种或多种。
4.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵或碳酸氢钙中的一种或多种。
5.如权利要求1所述应用，其特征在于，活性炭与改性助剂的质量比为1：（0.2~0.8）。
6.如权利要求1所述应用，其特征在于，活性炭选自椰壳活性炭、煤质活性炭或木质活性炭中的一种或多种。
7.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述非极性污染物为土臭素、2-甲基异莰醇中的一种或两种。
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