本发明涉及活性炭
技术领域：
，具体涉及一种高效净水活性炭及其制备方法。
背景技术：
：随着城市化进程的加快、城市人口的增加以及环保意识的加强，城市工业废水与生活污水的排放量日益增多，城市污水处理率也逐年提高，污水厂的污泥产生率也急剧增加。水处理剂主要包括冷却水和锅炉水的处理、海水淡化、膜分离、生物处理、絮凝和离子交换等技术所需的药剂，如缓蚀剂、阻垢分散剂、杀菌灭藻剂、絮凝剂、离子交换树脂、净化剂、清洗剂、预膜剂等。活性炭由于具有巨大的比表面积以及发达的空隙结构，因此对水中溶解态有机物如酚类化合物等具有较强的吸附能力，适用于饮用水的净化。目前市场上采用的活性炭产品主要有两类，即由柱状活性炭制成，或者采用原煤直接破碎，这两类产品用于水质净化均存在难以解决的弊端，难以达到净化水质的目的。现有技术中，中国专利cn201710466241.9中提出了一种高效净水活性炭，它是经过以下步骤制得：将秸秆干燥后，粉碎过筛至10-60目，混合均匀；在微波裂解反应炉内初步炭化，制得预处理料；微波功率1000-1500w，初步炭化时间为3-15min；将预处理料在15-35wt％盐酸溶液中浸泡3-20h，然后再在15-30wt％氢氧化钠溶液中浸泡-5h，用去离子水反复洗涤直至中性，干燥后制得半成品；将半成品置入380-420℃的马弗炉中保温处理0.5-2h，降至室温即得。该发明通过使用秸秆一定程度上降低了生产成本，但秸秆炭化过程中表面能以形成具有较好吸附能力的中孔和大孔，致使其吸附能力下降，难以起到净化水质的目的。本发明提供一种高效净水活性炭，通过将柚皮粗粉在活化剂中常压浸渍、高压浸渍后在氮气保护下炭化，经酸化后得到。与现有技术相比，本发明的高效净水活性炭能够具有良好的净水效果。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高效净水活性炭。通过将柚皮粗粉在活化剂中常压浸渍、高压浸渍后在氮气保护下炭化，经酸化后得到；具有高的碘吸附值、比表面积、孔容积，能够有效滤除水中的杂质，净水性能好。具体技术方案如下：一种高效净水活性炭的制备方法，包括下述步骤：(1)将柚皮洗净、干燥、粉碎，过筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂混合均匀，常压浸渍、高压浸渍、过滤，得到的滤饼为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉在氮气保护下高温碳化，得到炭化料；(4)将炭化料和酸液混合均匀，常压浸渍、过滤、洗涤、干燥，得到高效净水活性炭。另一技术方案，一种高效净水活性炭的制备方法，包括下述步骤：(1)将柚皮洗净、干燥、粉碎，过筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂混合均匀，常压浸渍、高压浸渍、过滤，得到的滤饼为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉在氮气保护下高温碳化，得到炭化料；(4)将炭化料和酸液混合均匀，常压浸渍、过滤、洗涤、干燥，得到高效净水活性炭。优选的，所述的高效净水活性炭的制备方法，包括下述步骤：(1)将柚皮洗净，在100-110℃干燥4-8小时，粉碎，过20-50目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：(3-6)ml混匀，常压浸渍90-180分钟，再在70-90mpa浸渍20-30分钟，采用200-500目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以8-12℃/分钟升温至300-600℃，在300-600℃保温60-90分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：(3-6)ml混匀，常压浸渍20-40分钟，采用200-500目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在80-90℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭；所述活化剂的制备方法为：将5-10重量份磷酸、3-6重量份多元醇依次加入到30-40重量份水中，搅拌10-20分钟，得到活化剂；所述多元醇为d-山梨糖醇、麦芽糖醇、木糖醇中的一种或多种混合物；进一步优选的，所述多元醇优选为d-山梨糖醇和麦芽糖醇的混合物，其中所述d-山梨糖醇和麦芽糖醇的质量比为(1-5):1。所述酸液的制备方法为：将0.1-0.5重量份京尼平苷酸、0.5-1.0重量份没食子酸加入到10-15重量份水中，搅拌5-10分钟，得到混合液，混合液中再加入10-15重量份25-35wt％的盐酸，搅拌10-20分钟，得到酸液。一种高效净水活性炭，采用上述的高效净水活性炭的制备方法制备得到。本发明的有益效果是：本发明的高效净水活性炭具有高的碘吸附值、比表面积、孔容积，能够有效滤除水中的杂质，净水性能好。不仅如此，本发明的高效净水活性炭还具备显著的抗菌效果，可作为净水设备的滤芯长期使用，成本低，吸附容量大，吸附性能好，不会产生二次污染。具体实施方式碘吸附值测定：《gb/t12496.8-2015木质活性炭试验方法碘吸附值的测定测定》进行。比表面积测定：比表面积指的是单位质量的固体物质所具有的表面积，即每克物质的总表面积，单位为m2/g。实施例中的得到的高效净水活性炭的比表面积采用美国quantachrome公司生产的nova1200型比表面积及孔隙度分析仪进行测定。吸附测样前，先将样品在120℃下脱氮气3h，以氮气为吸附质，在液氮温度77k进行吸附，比表面积釆用brunaner-emmett-teller(bet)方程计算。根据barrrttjoyner和halenda(bjh)模型，根据相对压力为0.99时所吸附的液氮体积计算总孔容积。抗菌性能测试：选用了大肠杆菌dh5α和金黄色葡萄球菌atcc29213作为实验的菌种，培养基采用lb培养基。实验采用振荡烧瓶法。配置lb培养基，在盛有100ml培养基的具塞锥形瓶中，分别投入0.1g实施例中得到的高效净水活性炭，在培养基中分别接种大肠杆菌，使得初始菌液浓度为1.0×105cfu/ml。将其放入恒温振荡培养箱中与37℃振荡培养。用稀释平板法测定培养150分钟时菌液的浓度。lb固体培养基：1％胰蛋白胨，0.5％酵母提取粉，1％氯化钠，1.5％琼脂粉，余量为蒸馏水。制备：取上述成分，加入蒸馏水，搅拌溶解后，用0.1mol/l氢氧化钠溶液调节ph为7.2，121℃高压灭菌30min。磷酸，cas号：7664-38-2，上海麦克林生化科技有限公司提供，产品编号：p816337，85wt％。d-山梨糖醇，cas号：50-70-4，上海麦克林生化科技有限公司提供，产品编号：d817607。麦芽糖醇，cas号：585-88-6，百灵威科技有限公司提供，产品编号：375445。木糖醇，cas号：87-99-0，上海麦克林生化科技有限公司提供，产品编号：产品编号：x820544。京尼平苷酸，cas号：27741-01-1，上海源叶生物科技有限公司提供。没食子酸，cas号：149-91-7，张家界至诚生物有限公司提供。柚皮，采用恩施市月亮山家庭农场有限公司提供的新鲜贡水白柚的柚子皮。实施例1一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍150分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份京尼平苷酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。实施例2一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份京尼平苷酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。实施例3一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、4份多元醇依次加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述多元醇为d-山梨糖醇。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份京尼平苷酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。实施例4一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、4份多元醇依次加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述多元醇为麦芽糖醇。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份京尼平苷酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。实施例5一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、4份多元醇依次加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述多元醇为木糖醇。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份京尼平苷酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。实施例6一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、4份多元醇依次加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述多元醇为d-山梨糖醇、麦芽糖醇的混合物，所述d-山梨糖醇、麦芽糖醇的质量比为3:1。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份京尼平苷酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。实施例7一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、4份多元醇依次加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述多元醇为d-山梨糖醇、麦芽糖醇的混合物，所述d-山梨糖醇、麦芽糖醇的质量比为3:1。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将1份没食子酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。得到的高效净水活性炭的碘吸附值为942.18mg/g，大肠杆菌浓度为412cfu/ml。实施例8一种高效净水活性炭的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：(1)将柚皮洗净，在105℃干燥6小时，粉碎，过40目筛，得到柚皮粗粉；(2)将柚皮粗粉和活化剂以固液比1g：4ml混匀，常压浸渍120分钟，再在80mpa浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体为浸渍柚皮粗粉；(3)将浸渍柚皮粗粉放入管式炉中，在氮气保护下，以10℃/分钟升温至450℃，在450℃保温80分钟，得到炭化料；(4)将炭化料取出，和酸液按固液比1g：4ml混匀，常压浸渍30分钟，采用200目滤布过滤，得到的固体用去离子水洗涤至洗液ph为7，再在85℃干燥至恒重，得到高效净水活性炭。所述活化剂的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将8份磷酸、4份多元醇依次加入到35份水中，以200转/分搅拌15分钟，得到活化剂。所述多元醇为d-山梨糖醇、麦芽糖醇的混合物，所述d-山梨糖醇、麦芽糖醇的质量比为3:1。所述酸液的制备方法包括以下步骤，所述份均为重量份：将0.2份京尼平苷酸、0.8份没食子酸加入到12份水中，以200转/分搅拌8分钟，得到混合液，混合液中再加入12份30wt％的盐酸，以200转/分搅拌15分钟，得到酸液。得到的高效净水活性炭的碘吸附值为1106.47mg/g，大肠杆菌浓度为296cfu/ml。测试例1将实施例得到的高效净水活性炭碘吸附值、比表面积、孔容积进行测试，具体结果见表1。表1高效净水活性炭性能测试结果表实施例2采用高压浸渍，促使活化剂渗透到柚皮粗粉的内部结构中，提高浸渍效果，后期在高温下进行一系列的交联、脱水和缩聚反应，制备出比表面积大且含较多表面官能团的活性炭。实施例3中添加了多元醇，磷酸与多元醇反应生成酯类化合物，生成的酯类化合物在高温下易挥发并分解，促进活性炭内孔隙的形成。同时，分解产生的物质使活性炭具有更多的表面官能团，提升吸附效果。测试例2将实施例得到的高效净水活性炭的抗菌性进行测试，具体结果见表2。表2高效净水活性炭抗菌性能测试结果表大肠杆菌浓度，cfu/ml实施例1698实施例2613实施例3525实施例4537实施例5573实施例6456以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。当前第1页12