一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低成本资源利用与材料生产技术领域，具体地涉及一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂。
[0002]本发明还涉及制备上述粉末活性炭催化剂的方法。
【背景技术】
[0003]我国是活性炭生产大国，年总产量已逾50万吨居世界第二，出口量也增加到了 20万吨/年居世界第一。长期以来，我国以煤炭或木材为主要原料制成的活性炭一直是活性炭材料中的主要品种。但作为生产活性炭的传统原料木材和煤，已满足不了工业对活性炭应用的需求。而且，近年来，随着环境问题和全球能源问题的日益突出，寻找新的廉价资源来制备活性炭吸附剂越来越受到广大需求者们的关注，其中以储量丰富的纯天然有机质资源-草炭土为原料开辟生产活性炭的新路子是非常有意义的。
[0004]近年来，随着对活性炭研宄的深入，又开始应用于航天技术、吸附储能技术等领域。其应用领域的不断扩展对活性炭的质量提出了新的要求，从而不仅促进了活性炭在原料前处理，制备方法等方面的发展，也促进了不同品种、特殊性能活性炭的研宄与开发。
[0005]利用活性炭较大的比表面积和孔容积作催化剂载体对有机物进行吸附及降解的光催化氧化法的性能优越，化学稳定性高，无毒，可重复使用等特点而受到广泛重视。
[0006]草炭是一种来源广泛的纯天然生物质材料，主要是由未完全分解的植物残体、植物残体分解产物腐植质及矿物质等组成。其化学组成主要有纤维素、木质素、腐植酸及氮、磷、钾等。草炭在我国的储量丰富，达46亿多吨。其含碳量高，灰分量低，可以成为优良的活性炭制备原料。
[0007]当前，有关草炭土制备粉末活性炭并负载过渡金属光催化剂的专利还未见报道。上述专利主要集中在草炭为原料制备粉末活性炭，并且制备粉末活性炭负载过度金属的方法主要是通过传统的浸渍法。以廉价的生物质草炭为原料，制备功能较多的活性炭，并通过改性处理制备新型的活性炭催化剂，充分利用了低成本资源，为活性炭与催化剂的制备提供了新的原材料。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂。
[0009]本发明的又一目的是提供一种制备上述粉末活性炭催化剂的方法。
[0010]为实现上述目的，本发明提供的以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂，其含水量为59-61% ;有机物总量为75-77% ;腐殖酸含量为15-30 % ；pH 4.5-5.0，比表面积为1100-1300m2/g，碘吸附容量为1000-1100mg/g，亚甲基蓝吸附值为120_180mg/g ；
[0011]通过下述方法得:
[0012]I)将草炭水洗干净、筛分；
[0013]2)将草炭烘干后粉碎，备用；
[0014]3)搅拌下，在配制的过渡金属溶液中加入粉末状的草炭，过渡金属与草炭质量比为1:10-20，调节溶液pH2-7，振荡达到吸附平衡后过滤，收集吸附了过渡金属的草炭；
[0015]4)将吸附金属后的草炭烘干，与无水碳酸钠溶液混合浸渍，无水碳酸钠的用量为草炭的1/3倍；
[0016]5)将浸渍后的草炭混合物烘干，于500-600°C热处理，冷却至常温后取出；
[0017]6)取出后酸洗，再水洗去除表面残留物，烘干，得到负载过渡金属的活性炭催化剂。
[0018]本发明提供的制备上述粉末活性炭催化剂的方法，其步骤是:
[0019]I)将草炭水洗干净、筛分；
[0020]2)将草炭烘干后粉碎，备用；
[0021]3)搅拌下，在配制的过渡金属溶液中加入粉末状的草炭，过渡金属与草炭质量比为1:10-20，调节溶液pH2-7，振荡达到吸附平衡后过滤，收集吸附了过渡金属的草炭；
[0022]4)将吸附金属后的草炭烘干，与无水碳酸钠溶液混合浸渍，无水碳酸钠的用量为草炭的1/3倍；
[0023]5)将浸渍后的草炭混合物烘干，以10°C /min的升温至500_600°C热处理，冷却至常温后取出；
[0024]6)取出后酸洗，再水洗去除表面残留物，烘干，得到负载过渡金属的活性炭催化剂。
[0025]所述的方法，其中，草炭为低洼地中纤维植物形成的纯天然有机质草炭土原料。
[0026]所述的方法，其中，步骤I中的筛分是去除含有沙粒状的固体物及各种杂物。
[0027]所述的方法，其中，过渡金属为Fe和Mn。
[0028]所述的方法，其中，步骤5是将烘干的草炭混合物转放于坩祸中压实，盖上盖子，升温至500-600 °C热处理。
[0029]所述的方法，其中，步骤5的冷却是自然冷却。
[0030]本发明具有以下显著特点和有益效果:
[0031]1、首次利用草炭为原料制备粉末活性炭催化剂材料并应用于水处理中有机污染物的去除研宄，得出了较好的结果；
[0032]2、充分利用低成本资源，为去除水中有机污染物的催化剂制备材料提供了新的原材料，解决了低成本原材料难寻的问题；
[0033]3、草炭原料表面呈絮状、多孔、疏松结构，这种结构为吸附提供了巨大的表面积，使众多的官能团能与吸附质相接触达到吸附过渡金属的目的，使金属离子能够均匀的分布在草炭原料孔状结构中。
【具体实施方式】
[0034]本发明提出的以草炭为原料制备的粉末活性炭催化剂及制备方法，为草炭资源的利用与制备粉末活性炭催化剂的原料提供了一种新途径。
[0035]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下几个步骤:
[0036]I)取一定量草炭原料加净水洗涤，作筛分，去除含有沙粒状的固体物及各种杂物；
[0037]2)将步骤I)所得草炭放入设置温度为120°C的烘箱，烘干12h取出并于坩祸中粉碎，使之便于浸渍，备用；
[0038]3)将配制好的过渡金属溶液，加入盛有一定量草炭的搅拌容器中，边加入边搅拌至过渡金属与草炭质量比为1/10或1/20，调节溶液PH2-7，振荡达到吸附平衡后过滤，收集吸附了过渡金属的草炭；
[0039]4)将步骤3)所得的吸附金属后的草炭烘干，然后与无水碳酸钠溶液混合浸渍12h，110°C下烘干 12h ；
[0040]5)将步骤4)烘干的草炭混合物转放于坩祸中压实，盖上盖子，放入高温无氧马弗炉中，升温至500°C，热处理2h，待马弗炉冷却至常温之后取出；
[0041]6)取出后酸洗，水洗去除表面残留物，烘干得到负载过渡金属的活性炭催化剂，放入干燥器中备用。
[0042]按照上述方案，同时进行炭化和活化处理，其热处理温度以10°C /min的升温程序升温至500°C，维持2h，待自然冷却。
[0043]按照上述方案，所述的过渡金属为Fe和Mn。
[0044]按照上述方案，所述的无水碳酸钠粉末的用量为步骤2)所得干燥草炭的1/3倍。
[0045]本发明所述的草炭原料为黑褐色粉末有植物根茎体的草炭，其含水量为61.0% ;有机物总量为76.0%;腐殖酸含量为15?30%;pH 4.8。高的碳含量使得草炭适合作为制备活性炭的原材料。草炭是一种廉价易得、吸附性好的吸附质，有机质含量高，纤维含量丰富，疏松多孔，通气透水性好，含有氨基酸，腐殖酸和氮磷钾等多种