一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改性方法及改性颗粒活性炭的应用技术

本发明专利技术涉及一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改性方法及改性颗粒活性炭的应用，该方法包括以下步骤：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的颗粒活性炭加入到铁离子溶液中，静置或搅拌，滤出固体；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥。改性活性炭的应用是可以去除溶液中的As(III)和As(V)，通过一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改性方法制备一种对砷有优异吸附效果的、成本低的吸附材料，对水体砷污染进行控制与净化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及活性炭
，具体涉及一种活性炭改性的方法及应用。
技术介绍
砷是我国优先控制重金属污染物，对人的中毒剂量是0.01～0.052g，致死量为0.06～0.2g。人类长期饮用含砷饮用水会导致砷中毒以及一些地方性疾病。随着砷的广泛使用，以各种途径进入水体的含砷废水已对水体造成了严重的污染。目前，水中砷的去除技术主要有膜分离法、离子交换法、(混凝)沉淀法以及吸附法等。其中，吸附方法具有操作简单、去除效果好等优点可作为去除水体中砷的有效方法。活性炭具有高度发达的空隙结构、较大的比表面积、良好的化学稳定性以及优良的吸附性能等特点被广泛用作饮用水和废水污染物的吸附材料。但是，很多研究表明活性炭对水中砷的吸附能力有限，有时无法达到理想的处理目标。通过一些方法对活性炭进行改性，从而改变活性炭对极性物质的吸附效果。常见的活性炭改性技术有：氧化改性、还原改性、负载金属及金属氧化物改性、电化学性质改性和多种改性方法协同改性。负载金属改性是利用活性炭对金属离子的还原性和吸附性，先使金属离子负载在活性炭表面，再利用活性炭的还原性，将负载在其上的金属离子还原成单质或低价态离子。金属单质或离子对被吸附物有较强的结合力，可促进活性炭对被吸附物的吸附效果。龙小燕，活性炭负载Fe/Ti改性及去除水体砷的效果和机理研究(硕士学位论文)，武汉，华中农业大学图书馆，2012年6月公开了活性炭负载Fe/Ti改性去除水体砷。相对于Fe/Ti体系，纯Fe体系成本更低、更易获得。同时该文献使用的为二价铁，本文采用的是三价铁。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改
性方法及改性颗粒活性炭的应用，利用活性炭改性来制备一种对砷有优异吸附效果的、成本低的吸附材料，对水体砷污染进行控制与净化。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改性方法，该方法包括以下步骤：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及清液，干燥；2)将步骤1)净化好的颗粒活性炭加入到铁离子溶液中，静置或搅拌，滤出固体；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥；其中步骤2)中铁离子溶液为氯化铁溶液。所述氯化铁溶液的浓度为0.02-0.1mol/L，优选0.02、0.05或0.1mol/L。所述氯化铁溶液中的铁离子与颗粒活性炭的质量比为1:15-1:90，优选1:15、1:35或1:90。进一步地，上述改性方法，其步骤是：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的活性炭加入到0.02-0.1mol/L铁离子溶液中，静置或搅拌，滤出固体；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥；其中步骤2)中铁离子溶液为氯化铁溶液，氯化铁中的铁离子与活性炭的质量比为1:15-1:90。根据上述方法制得改性颗粒活性炭。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种改性颗粒活性炭的应用，其特征在于，所述改性颗粒活性炭用于吸附溶液中的As(III)和As(V)。当用于去除溶液中的As(III)时，所述改性颗粒活性炭以下述方法制备：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的活性炭加入到0.02-0.1mol/L氯化铁溶液中，静置或搅拌，滤出固体，氯化铁中的铁离子与活性炭的质量比为1：15；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥，获得改性颗粒活性炭。当用于去除溶液中的As(V)时，所述改性颗粒活性炭以下述方法制备：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的活性炭加入到0.02-0.1mol/L氯化铁溶液中，静置或搅拌，滤出固体，氯化铁中的铁离子与活性炭的质量比为1：35；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥，获得改性颗粒活性炭。将上述改性颗粒活性炭在中性pH条件下用于吸附溶液中的As(III)和As(V)。本专利技术用As(III)表示NaAsO2，用As(V)表示Na3AsO4。本专利技术制备的改性活性炭具备以下优点：颗粒活性炭经过Fe3+改性后，有助于砷在活性炭表面的吸附，另一方面，不同形态的砷会与铁离子发生共沉淀作用，也会促进活性炭的吸附。本专利技术制备的改性活性炭对水源中较难除去的砷离子具有较好的去除效果。附图说明图1为改性前后4种颗粒活性炭的10万倍扫描电镜图图2为砷吸附量随反应时间的变化情况图3为pH改性前后颗粒活性炭对As(III)的吸附等温线图4为pH改性前后颗粒活性炭对As(V)的吸附等温线图5为不同砷初始浓度对其去除效率的影响(GAC投加量为2.5g/L)具体实施方式通过以下实施例可以进一步理解本专利技术的优点和特点，不应该理解为是对本专利技术范围的限制。以下实施例中所用仪器和试剂，除特殊说明以外均为普通市售。【实施例1】改性活性炭的制备及改性活性炭的表征1、FeCl3改性活性炭的制备称取煤质颗粒活性炭100g于1L烧杯中，用去离子水冲洗、静置6小时，将上层杂质、灰分及清液倒掉，反复4-6次，将活性炭洗净，120度下干燥12小时。配置3个浓度梯度的FeCl3溶液分别为0.02、0.05、0.10mol/L的溶液。称取煤质颗粒活性炭3份10.00g于250mL小烧杯中，分别加入100mL上述3个浓度梯度的FeCl3溶液搅拌2-3小时或浸泡24小时,即铁离子与活性炭的质量比分别为1:90、1:35、1:15，滤出固体物质。滤出的固体用去离子水清洗3-5次后，120度下干燥24小时。获得改性后的活性炭。2、表征实验2.1活性炭改性前后微观外貌变化使用HITACHI S-4800型扫描电子显微镜(SEM)分析性活性炭改性前后微观外貌变化。如图1所示，原始活性炭表面光滑，经过FeCl3改性后的两种活性炭均会变得粗糙，该现象随着改性铁比例的增加变得愈加明显。这表明经过氯化铁浸泡改性后，铁离子填充并覆盖在活性炭的表面微孔中，而且新生了许多微孔。2.2Fe3+改性对活性炭比表面积和孔径分布的影响活性炭的比表面积及孔结构参数采用低温氮气吸附/脱附法测定。实验时将活性炭样品放入比表面测定仪的样品管内，在300K真空条件下脱气干燥6h，使用Tristar 3020Ⅱ型比表面及孔隙率分析仪(美国麦克仪器公司Micromeritics),然后以氮气为吸附质，在液氮温度77K条件下测定样品的吸附等温线。利用BET(Brunauer-Emmet-Teller)方程求得活性炭的比表面积，利用BJH方法计算相应的微孔、中孔的孔隙体积以及孔径分布，测定结果如表1。表1Fe3+改性对不同活性炭孔隙性质的影响如表1所示，随着Fe3+比例的升高，改性后两种活性炭BET比表面积、
孔容以及孔径均有所降低。相比来说，改性过程对微孔的影响更大。经过改性后，微孔比表面积有较为明显的降低。而从SEM图片当中我们看到的是微孔数量的增加，这可能是因为一些含氧官能团的增加堵塞了活性炭的孔隙。而FeCl3溶液是具有氧化性的，所以对活性炭进行改性时会出现一些氧化改性时会出现的活性炭微孔缺失的现象。2.3活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改性方法，该方法包括以下步骤：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的颗粒活性炭加入到铁离子溶液中，静置或搅拌，滤出固体；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥；其中步骤2)中的铁离子溶液为氯化铁溶液。

【技术特征摘要】
1.一种增强颗粒活性炭吸附砷能力的改性方法，该方法包括以下步骤：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的颗粒活性炭加入到铁离子溶液中，静置或搅拌，滤出固体；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥；其中步骤2)中的铁离子溶液为氯化铁溶液。2.如权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述氯化铁溶液的浓度为0.02-0.1mol/L。3.如权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述氯化铁溶液中的铁离子与颗粒活性炭的质量比为1:15-1:90。4.如权利要求3所述的改性方法，其特征在于，所述氯化铁溶液中的铁离子与颗粒活性炭的质量比为1:15、1:35或1:90。5.如权利要求1所述的改性方法，包括下述步骤：1)颗粒活性炭的净化：将颗粒活性炭用去离子水冲洗，静止后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；2)将步骤1)净化好的活性炭加入到0.02-0.1mol/L铁离子溶液中，静置或搅拌，滤出固体；3)将步骤2)滤出的固体用去离子水清洗，干燥；其中步骤2)中的铁离子溶液为氯化铁溶液，氯化铁中的铁离子与活性炭的质量比为1:15-1:90。6.根据权利要求1-5任一项所述方法制得的改性颗粒活...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁永红，徐绪筝，王平，
申请(专利权)人：北京环球中科水务科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11