专利名称：用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭及其制备方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于去除水中嗅味物质或金属离子的 竹炭及其制备方法。
背景技术：
含有嗅味物质如硫醇、硫醚等含硫化合物的水嗅阈值低，即使痕量存在也会产生 恶臭，对人的呼吸系统和神经系统等造成伤害；而含有重金属离子的水中由于长期停留与 积累在环境中，通过食物链逐级富集，最终进入人体，严重威胁着人类的健康。去除水体中 的硫醇、硫醚等含硫化合物的嗅味物质或重金属离子污染已成为人们亟待解决的问题。目前用于去除水中嗅味物质或重金属离子的活性炭具有丰富的孔隙结构、高的比 表面积和足够的化学稳定性，能够吸附水体中的大部分有机物，可以用于水厂常规工艺中 的强化措施，或者用于城市供水中应对可吸附有机污染物的应急处理技术。但是该活性炭 对亲水性的水中嗅味物质或微量重金属的吸附效率较低。通过改进，现在多采用高锰酸钾 氧化处理和活性炭吸附联用技术以增强对硫醇、硫醚类嗅味物质的去除能力，但是存在的 问题仍然是对亲水性的水中嗅味物质去除率低且制备工艺复杂成本高。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于去除水中嗅 味物质或重金属离子的竹炭及其制备方法，利用竹料自身所具有的成分，无需活化处理成 活性炭，直接将竹原料炭化，所得竹炭尤其是甜龙竹竹炭相对活性炭能显著提高对硫醇、硫 醚类嗅味物质或重金属离子的吸附能力，同时，该制备工艺简单，显著降低了以往的活性炭 制备成本。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭，该竹炭分为内表两层，即表 面的官能团及吸附位层和内部的碳层，其中内部的碳层的质量比例为75-95wt%，其组成 为碳，表面的官能团及吸附位层的质量比例为5-25wt%，该官能团及吸附位层包括质量 比例为 l-8wt % 的羧基氧、0. 7-1. 7wt % 的羟基氧、0. 78-5wt % 的 Mg、0. 78_5wt % 的 Ca、 0. 02-2. 65衬％的Fe以及0. 02-2. 65衬％的Mn，该羧基氧和羟基氧构成表面官能团，而Mg、 Ca、Fe以及Mn组成了吸附位。上述的用于去除水中嗅味物质和重金属离子的竹炭的制备方法将竹料劈成能放 入对应的气氛炉大小的条状竹料，然后放入对应的气氛炉中，在含氧量为0. 05-0. 5%的贫 氧条件下焖烧或通入含氮量为99. 5%的工业氮，并以5-20°C /min的升温速度升温，直至 500-1000°C来对该条状竹料进行炭化处理，炭化处理时间为l_4h，炭化处理时间结束后，使 气氛炉自然冷却至室温并停止通气，所得竹炭采用搅拌磨进行干法粉碎至100-200目，这 样就得到用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭。所述的竹料为甜龙竹。
所述的工业氮用含氮量为99. 999%的高纯氮代替。本发明的用于去除水中嗅味物质和重金属离子的竹炭及其制备方法，利用竹料自 身所具有的成分，无需活化处理成活性炭，直接将竹原料炭化，所得竹炭通过其表面官能团 以及吸附位尤其是甜龙竹炭，相对活性炭能显著提高对水中的嗅味物质或重金属离子的吸 附能力，同时，该制备工艺简单，显著降低了以往的活性炭制备成本。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作更详细的说明。实施例1 本实施例的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭的制备方法:将甜龙竹竹料 劈成能放入对应的气氛炉大小的条状竹料，然后放入对应的气氛炉中，通入含氮量为99. 5%的 工业氮，并以5°C /min的升温速度升温，直至700°C来对该条状竹料进行炭化处理，炭化处理时 间为2h，炭化处理时间结束后，使气氛炉自然冷却至室温并停止通气，所得竹炭采用搅拌磨进 行干法粉碎至150目，这样就得到用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭。通过本实施例得到的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭，该竹炭分为内 表两层，即表面的官能团及吸附位层和内部的碳层，其中内部的碳层的质量比例为80wt%， 其组成为碳，而表面的官能团及吸附位层的质量比例为20wt%，该官能团及吸附位层包括 质量比例为7wt %的羧基氧、0. 7wt %的羟基氧、4wt %的Mg、4wt %的Ca、1. 65wt %的Fe以及 2. 65wt%的Mn，该羧基氧和羟基氧构成表面官能团，而Mg、Ca、Fe以及Mn组成了吸附位。将本实施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的甜龙 竹竹炭和150目大小的活性炭分别按照投料比均为200mg/L的比例投放入等量的且含有同 样嗅味物质组分且其浓度为0. 743μ g/L的水进行去除处理，得到的结果如表1所示
所选材料嗅味物质残余浓度(μ g/L)吸附率(％ )本实施例的甜龙竹竹炭0. 13681. 7活性炭0. 37949. 0表1将本实施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的甜龙 竹竹炭和150目大小的活性炭分别按照投料比均为200mg/L的比例投放入等量的且含有同 样重金属离子Cu2+组分且其浓度为20mg/L的水进行去除处理，得到的结果如表2所示
所选材料重金属离子Cu2+残余浓度(mg/L)吸附率(％ )本实施例的甜龙竹竹炭6. 866活性炭1145表 2
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由表1和表2可知，采用本实施例中所得的用于去除水中嗅味物质或重金属离子 的甜龙竹竹炭和活性炭相比，其去除水中嗅味物质的能力提高了 0. 243μ g/L，吸附率达到 了 80%以上；其去除水中重金属离子的能力提高了 4. 2mg/L，吸附率达到了 66%，这样利用 竹料自身所具有的成分，无需活化处理成活性炭，直接将竹料炭化，所得竹炭通过其表面官 能团以及吸附位，相对活性炭能显著提高对水中水中嗅味物质或重金属离子的吸附能力， 同时，该制备工艺简单，显著降低了以往的活性炭制备成本。实施例2 本实施例的用于去除水中嗅味物质和重金属离子的竹炭的制备方法将甜龙竹 竹料劈成能放入对应的气氛炉大小的条状竹料，然后放入对应的气氛炉中，通入含氮量为 99. 999%的高纯氮，并以20°C /min的升温速度升温，直至700°C来对该条状竹料进行炭化 处理，炭化处理时间为2h，炭化处理时间结束后，使气氛炉自然冷却至室温并停止通气，所 得竹炭采用搅拌磨进行干法粉碎至150目，这样就得到用于去除水中嗅味物质或重金属离 子的竹炭。通过本实施例得到的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭，该竹炭分为内 表两层，即表面的官能团及吸附位层和内部的碳层，其中内部的碳层的质量比例为75wt%， 其组成为碳，而表面的官能团及吸附位层的质量比例为25wt%，该官能团及吸附位层包括 质量比例为8wt %的羧基氧、1. 7wt %的羟基氧、5wt %的Mg、5wt %的Ca、2. 65wt %的Fe以及 2. 65wt%的Mn，该羧基氧和羟基氧构成表面官能团，而Mg、Ca、Fe以及Mn组成了吸附位。将本实施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物质和重金属离子的甜龙 竹竹炭和150目大小的活性炭分别按照投料比均为200mg/L的比例投放入等量的且含有同 样嗅味物质且其浓度为0. 743 μ g/L的水进行去除处理，得到的结果如表3所示 表3将本实施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的甜龙 竹竹炭和150目大小的活性炭分别按照投料比均为200mg/L的比例投放入等量的且含有同 样重金属离子Cu2+组分且其浓度为20mg/L的水进行去除处理，得到的结果如表2所示 表 4
由表3和表4可知，采用本实施例中所得的用于去除水中嗅味物质或重金属离子 的甜龙竹竹炭和活性炭相比，其去除水中嗅味物质的能力提高了 0. 2876 μ g/L，吸附率达到 了 87%以上；其去除水中重金属离子的能力提高了 8. 2mg/L，吸附率达到了 86%，这样利用 竹料自身所具有的成分，无需活化处理成活性炭，直接将竹料炭化，所得竹炭通过其表面官 能团以及吸附位，相对活性炭能显著提高对水中水中嗅味物质或重金属离子的吸附能力， 同时，该制备工艺简单，显著降低了以往的活性炭制备成本。另外，本实施例和实施例1相比较，本实施例的优点在于其去除水中嗅味物质的 能力提高了 0. 0446 μ g/L，吸附率提高了 6% ；其去除水中重金属离子的能力提高了 4mg/L， 吸附率达到了 86%，，说明了采用高纯氮要比采用工业氮的去除水中嗅味物质或重金属离 子的能力强。实施例3 本实施例的用于去除水中嗅味物质和重金属离子的竹炭的制备方法将毛竹竹料劈成能放入对应的气氛炉大小的条状竹料，然后放入对应的气氛炉 中，通入含氮量为99. 5%的工业氮，并以10°C /min的升温速度升温，直至900°C来对该条状 竹料进行炭化处理，炭化处理时间为4h，炭化处理时间结束后，使气氛炉自然冷却至室温并 停止通气，所得竹炭采用搅拌磨进行干法粉碎至150目，这样就得到用于去除水中嗅味物 质或重金属离子的竹炭。通过本实施例得到的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭，该竹炭分为内 表两层，即表面的官能团及吸附位层和内部的碳层，其中内部的碳层的质量比例为85wt%， 其组成为碳，而表面的官能团及吸附位层的质量比例为15wt%，该官能团及吸附位层包括 质量比例为6wt %的羧基氧、0. 7wt %的羟基氧、3wt %的Mg、3wt %的Ca、1. 65wt %的Fe以及 0. 65wt%的Mn，该羧基氧和羟基氧构成表面官能团，而Mg、Ca、Fe以及Mn组成了吸附位。将本实施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的毛竹 竹炭、150目大小的活性炭以及实施例1中所得的甜龙竹竹炭分别按照投料比均为200mg/ L的比例投放入等量的且含有同样嗅味物质组分且其浓度为0. 986 μ g/L的水进行去除处 理，得到的结果如表5所示 表 5将本实施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的毛竹 竹炭、150目大小的活性炭以及实施例1中所得的甜龙竹竹炭分别按照投料比均为200mg/L 的比例投放入等量的且含有同样重金属离子Cu2+组分且其浓度为30mg/L的水进行去除处 理，得到的结果如表6所示
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表6由表5和表6可知，采用本实施例中所得的用于去除水中嗅味物质或重金属离子 的毛竹竹炭和活性炭相比，其去除水中嗅味物质的能力提高了 0. 234 μ g/L，吸附率达到了 75%以上；其去除水中重金属离子的能力提高了 10. 4mg/L，吸附率达到了 81%，这样利用 竹料自身所具有的成分，无需活化处理成活性炭，直接将竹料炭化，所得竹炭通过其表面官 能团以及吸附位，相对活性炭能显著提高对水中水中嗅味物质或重金属离子的吸附能力， 同时，该制备工艺简单，显著降低了以往的活性炭制备成本。另外从表格中可以得出，采用 甜龙竹竹料要比采用毛竹竹料来制备其针对去除水中嗅味物质和重金属离子的能力强。
权利要求
一种用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭，其特征在于该竹炭分为内表两层，即表面的官能团及吸附位层和内部的碳层，其中内部的碳层的质量比例为75 95wt％，其组成为碳，而表面的官能团及吸附位层的质量比例为5 25wt％，该官能团及吸附位层包括质量比例为1 8wt％的羧基氧、0.7 1.7wt％的羟基氧、0.78 5wt％的Mg、0.78 5wt％的Ca、0.02 2.65wt％的Fe以及0.02 2.65wt％的Mn，该羧基氧和羟基氧构成表面官能团，而Mg、Ca、Fe以及Mn组成了吸附位。
2.一种采用权利要求1所述的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭的制备方 法，其特征在于将竹料劈成能放入对应的气氛炉大小的条状竹料，然后放入对应的气氛 炉中，在含氧量为0. 05-0. 5 %的贫氧条件下焖烧或通入含氮量为99. 5 %的工业氮，并以 5-200C /min的升温速度升温，直至500-1000°C来对该条状竹料进行炭化处理，炭化处理时 间为l_4h，炭化处理时间结束后，使气氛炉自然冷却至室温并停止通气，所得竹炭采用搅拌 磨进行干法粉碎至100-200目，这样就得到用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭。
3.一种采用权利要求2所述的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹炭的制备方 法，其特征在于所述的竹料为甜龙竹。
4.一种采用权利要求2或权利要求3所述的用于去除水中嗅味物质或重金属离子的竹 炭的制备方法，其特征在于所述的工业氮用含氮量为99. 999%的高纯氮代替。
全文摘要
一种用于去除水中嗅味物质和重金属离子的竹炭及其制备方法，利用竹料自身所具有的成分，无需活化处理成活性炭，直接将竹原料炭化，所得竹炭尤其是甜龙竹竹炭相对活性炭能显著提高对硫醇、硫醚类嗅味物质和重金属离子的吸附能力，同时，该制备工艺简单，显著降低了以往的活性炭制备成本。
文档编号C02F1/28GK101898125SQ20101024456
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者刘广嘉, 康飞宇, 张锡辉, 汪明, 黄正宏 申请人:清华大学