专利名称：一种用于去除水中阴离子的吸附材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于能去除水中阴离子污染物的吸附材料及其制备方法。
背景技术：
活性炭吸附是目前去除水中微污染的有毒有害物质的重要方法之一。但是，由于其本身的物理和化学特性决定了活性炭对水中有机污染物的吸附能力通常要高于无机的如阴离子污染物。因此，活性炭用于阴离子污染物的吸附时，达到饱和周期短，造成活性炭再生频率高，使用成本也因此提高。众所周知，阳离子表面活性剂如季铵盐型表面活性剂的季铵盐官能团在水中主要以阳离子的形式存在，表面带正电，有很好的阴离子交换吸附性能。因此，根据阳离子表面活性剂的阴离子吸附能力，我们提出以活性炭材料为载体，在其孔径中加载具有阴离子交换吸附能力的活性剂，改变活性炭的表面化学性质，为水中阴离子提供一种良好的吸附材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由活性炭和阳离子表面活性剂组合而成的用于去除水中阴离子的吸附材料及其制备方法。本发明的技术原理
本发明的一种去除水中阴离子的吸附材料主要是借助阳离子表面活性剂的阴离子吸附能力，将它加载于活性炭上，以改变活性炭的表面化学性质，提高其对阴离子的吸附能力。所述的活性炭由于其发达的孔径，能够加载足够多的表面活性剂，从而引起活性炭表面活性，特别是其阴离子交换能力的改变。调节加载浓度及操作条件(加载溶液 PH)可获得对阴离子有高度吸附性和选择性的吸附材料。本发明的技术方案
一种用于去除水中阴离子的吸附材料，即以活性炭为载体，将阳离子表面活性剂加载到活性炭的孔径结构中，其中阳离子表面活性剂在活性炭上的加载量在0. 1-0. 5mmol/g ；
所述的活性炭是以各种含碳物质，如木材、浙青、煤炭、秸秆等在惰性气体条件下控制温度300 - 400 C碳化l-3h，后用温度为500 — 700 C的水蒸汽活化0. 5_lh即得所述的活性炭，其孔径体积在0. 1-0. 5mL/g,比表面积500-1200m2/g ；优选以浙青、煤炭为原料所得的活性炭；
所述的阳离子表面活性剂是各种含有含氮官能团的有机物如叔铵盐、季铵盐阳离子表面活性剂；优选为十六烷基三甲基氯化铵、癸基三甲基溴化铵或三甲基正十四烷溴化铵。上述的一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、将0. 064-0. 64g阳离子表面活性剂溶于200mL去离子水中，保持表面活性剂浓度在1-lOmmol/L，通过滴加氢氧化钠溶液或稀盐酸溶液调节pH值至3_10，优选为pH值为 7.0，得阳离子表面活性剂溶液；(2)、将0.58活性炭材料分散于200mL步骤(1)所得的表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后，静置证；
(3)、将步骤(2)静置后的混合液于过滤装置中过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，即得本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。本发明的有益效果
本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料中所采用的阳离子表面活性剂易生物降解，不会对环境造成污染；所用的活性炭由于其孔径结构发达，比表面积丰富，因此能加载的表面活性剂量大，造成对阴离子的吸附容量大。且阳离子表面活性剂附着于活性炭的孔径中，稳定性高，不易脱附，不会造成二次污染，对水中阴离子污染物有高度吸附性能和选择性，能延长吸附材料在水处理中的使用期限，降低使用成本。另外，本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备过程无需加热加压， 对能源的消耗少，操作简单，不会改变活性炭的颗粒结构特点，可以反复使用，不会产生二次污染。
图1、活性炭对高氯酸盐的吸附穿透曲线图2、活性炭对砷酸盐的吸附穿透曲线。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。本发明所用的活性炭吸附柱为柱高13. 5cm,内径0. 5cm,外径2. 5cm的有机玻璃柱
实施例1
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.064g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在lmmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节溶液pH值至3. 0， 得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例2
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤 (1)、称取0. 064g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在lmmol/L，通过滴加0. lmmol/L的稀盐酸溶液调节溶液pH值至7. 0， 得阳离子表面活性剂溶液；(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置5 h ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例3
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.064g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵溶于200mL离子水中，阳离子表面活性剂浓度在lmmol/L，通过滴加0. lmol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH值至10. 0， 得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例4
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.128g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在2mmol/L，通过滴加0. 1 mL的稀盐酸溶液调节溶液pH值至7. 0，得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例5
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.256g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在4mmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节溶液pH值至7. 0， 得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出
来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。
实施例6
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.64g阳离子阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在lOmmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节溶液pH值至 7.0，得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例7
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.128g阳离子表面活性剂三甲基正十四烷溴化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在2mmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节pH值至7. 0，得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g煤炭活性炭材料(孔径体积0.45mL/g，比表面积810m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置釙；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例8
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.128g阳离子表面活性剂三甲基正十四烷溴化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在2mmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节pH值至7. 0，得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g煤炭活性炭材料(孔径体积0. 45mL/g,比表面积810m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例9
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.128g阳离子表面活性剂癸基三甲基溴化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在2mmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节溶液pH值至7. 0，得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1)所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。实施例10
一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、称取0.128g阳离子表面活性剂三甲基正十四烷溴化铵溶于200mL去离子水中，阳离子表面活性剂浓度在2mmol/L，通过滴加0. lmol/L的稀盐酸溶液调节pH值至7. 0，得阳离子表面活性剂溶液；
(2)、将0.5g浙青活性炭材料(孔径体积0. 3mL/g,比表面积780m2/g)分散于步骤(1) 所得的200mL阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后静置B ；
(3)、步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，所得的黑色颗粒状活性炭固体，即为本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料。本发明所得的一种去除水中阴离子的吸附材料的吸附穿透试验
取1.7g本发明实施例7所得的一种用于去除水中阴离子的吸附材料，加入活性炭吸附柱中。吸附柱进水含有lOOPg/L的阴离子高氯酸盐，进水流量为4. 5mL/min，水力停留时间保持在0. 53min。对照取1. 7g本发明实施例7制备一种用于去除水中阴离子的吸附材料所用的活性炭材料，即不加载阳离子表面活性剂的活性炭，加入活性炭吸附柱中。吸附柱进水含有 lOOPg/L的高氯酸盐，进水流量为4. 5mL/min，水力停留时间保持在0. 53min。分别对出水中砷酸盐浓度进行检测，得到砷酸盐的吸附穿透曲线如图1所示。取1. 7g本发明实施例7所得的一种用于去除水中阴离子的吸附材料，加入活性炭吸附柱中。吸附柱进水含有lOOPg/L的阴离子砷酸盐，进水流量为4. 5 mL/min，水力停留时间保持在0. 53min。对照取1. 7g本发明实施例7制备一种用于去除水中阴离子的吸附材料所用的活性炭材料，即不加载阳离子表面活性剂的活性炭加入到活性炭吸附柱中。吸附柱进水含有 lOOPg/L的砷酸盐，进水流量为4. 5mL/min，水力停留时间保持在0. 53min。分别对出水中砷酸盐浓度进行检测，得到砷酸盐的吸附穿透曲线如图2所示。从图1和2可以看出，跟对照的未加载表面活性剂的活性炭相比，经加载后的活性炭即本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料表现出了对高氯酸盐和砷酸盐阴离子良好的吸附能力。未加载的活性炭在运行1500个床体就就被穿透。而加载后的活性炭即一种用于去除水中阴离子的吸附材料分别运行了 33000和12000个床体积出水中的高氯酸盐和砷酸盐才分别达到lOPg/L的穿透。运行时间有明显延长，且出水不需后续处理。这种吸附材料在水处理领域中有着广阔的应用前景。通过以上吸附穿透试验进一步说明本发明的一种用于去除水中阴离子的吸附材料能有效提高活性炭对水中阴离子的吸附去除能力。CN 102274714 A说明书6/6 页
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于去除水中阴离子的吸附材料，即以活性炭为载体，其特征在于将阳离子表面活性剂加载到活性炭的孔径结构中，其中阳离子表面活性剂在活性炭上的加载量在 0.1-0. 5mmol/g ；所述的活性炭的孔径体积在0. 1-0. 5mL/g,比表面积500-1200m2/g，即以木材、浙青、煤炭或秸秆为原料，在惰性气体条件下控制温度300 - 400 C碳化l-3h，后用温度为500 — 700 C的水蒸汽活化0. 5-lh即得所述的活性炭；所述的阳离子表面活性剂为含有含氮官能团的有机物。
2.如权利要求1所述的一种用于去除水中阴离子的吸附材料，其特征在于所述的含有含氮官能团的有机物为叔铵盐、季铵盐。
3.如权利要求1所述的一种用于去除水中阴离子的吸附材料，其特征在于所述的含有含氮官能团的有机物优选为十六烷基三甲基氯化铵、癸基三甲基溴化铵或三甲基正十四烷溴化铵。
4.如权利要求书1、2或3所述的一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)、将0.064-0. 64g阳离子表面活性剂溶于200mL去离子水中，保持阳离子表面活性剂浓度在1-lOmmol/L，通过滴加氢氧化钠溶液或稀盐酸溶液调节pH值至3-10，优选为pH 值为7. 0，得阳离子表面活性剂溶液；(2)、将0.5g活性炭材料分散于200mL步骤(1)所得的阳离子表面活性剂溶液中，在常温常压下，通过磁力搅拌装置使活性炭颗粒分散均勻后，静置证；(3)、将步骤(2)静置后的混合液于过滤装置过滤，将活性炭从混合液中分离出来，用去离子水洗涤后干燥，即得本发明的用于去除水中阴离子的吸附材料。
5.如权利要求书4所述的一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所用的氢氧化钠溶液或稀盐酸溶液浓度优选为0. lmol/L。
6.如权利要求书5所述的一种用于去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中的pH优选为7。
全文摘要
本发明公开了一种用于能去除水中阴离子污染物的吸附材料及其制备方法。该吸附材料以活性炭为载体，在其孔径内加载阳离子表面活性剂。制备而成的活性炭吸附材料对水中阴离子污染物有高度吸附性能和选择性，能延长吸附材料在水处理中的使用期限，降低使用成本。制备过程无需加热加压，对能源的消耗少，操作简单，不会改变活性炭的颗粒结构特点，可以反复使用，不会产生二次污染。
文档编号B01J20/30GK102274714SQ201110220880
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者陈维芳 申请人:上海理工大学