公布日：2024.12.31
申請日：2024.09.03
分類號：C01B32/324(2017.01)I;C01B32/336(2017.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/34(2006.01)N;
C02F101/36(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭及廢水凈化方法，該生物活性炭的制備更為安全、環(huán)保，對四環(huán)素具有優(yōu)異的吸附性能。生物活性炭是由竹基生物炭經(jīng)蒸汽熱活化制備而成的竹基活性炭；比表面積SBET為1100‑1300m2/g，微孔比表面積Smicro為1080‑1200m2/g，外表面積Sext為60‑70m2/g，總孔容Vtotal為0.78‑1cm3/g，平均孔徑Dave為2.7‑3.1nm；其傅里葉變換紅外光譜FTIR分析結(jié)果顯示，在3200‑3600cm‑1波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收峰，對應(yīng)于羥基的伸縮振動；對其進行光電子能譜XPS分析結(jié)果顯示，π‑π*特征峰的相對含量為5.7‑7%。使竹基活性炭對四環(huán)素具有優(yōu)異的吸附性能。
權(quán)利要求書
1.用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，其特征在于：其是由竹基生物炭經(jīng)蒸汽熱活化制備而成的竹基活性炭；其比表面積SBET為1100-1300m2/g，微孔比表面積Smicro為1080-1200m2/g，外表面積Sext為60-70m2/g，總孔容Vtotal為0.78-1cm3/g，平均孔徑Dave為2.7-3.1nm；其傅里葉變換紅外光譜FTIR分析結(jié)果顯示，在3200-3600cm-1波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收峰，對應(yīng)于羥基的伸縮振動；對其進行X射線光電子能譜XPS分析結(jié)果顯示，π-π*特征峰的相對含量為5.7-7%。
2.如權(quán)利要求1所述的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，其特征在于：對其進行X射線光電子能譜XPS分析結(jié)果顯示，C1s譜圖中，C-C/C-H鍵的相對含量為70-75%，O-C-O鍵的相對含量為5-8%，C=O鍵的相對含量為6-8%，O1s譜圖中，C=O鍵的相對含量為2-4%，C–O鍵的相對含量為3-5%。
3.如權(quán)利要求2所述的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，其特征在于：所述竹基生物炭制備過程中使用的竹子原料取自中國四川省宜賓市地區(qū)。
4.如權(quán)利要求2所述的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，其特征在于：所述竹基生物炭由以下方法制備而成：先將竹子洗凈后干燥再研磨得到竹粉，然后將竹粉與焦油按照1:0.2-1:0.5的質(zhì)量比混合，再在500-700℃的溫度和0.05-0.2m3/h的氮氣流速下碳化0.5-2小時，從而得到竹基生物炭。
5.如權(quán)利要求1所述的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，其特征在于：所述蒸汽熱活化的過程為：將所述竹基生物炭在氮氣和蒸汽混合流下，以3-7℃/min的升溫速率加熱至設(shè)定活化溫度后保溫1.5-3h，所述氮氣的流速為0.05-0.2m3/h，所述蒸汽的流速為0.1-0.5kg/h，所述活化溫度為650-750℃。
6.如權(quán)利要求5所述的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，其特征在于：所述活化溫度為700℃。
7.廢水凈化方法，用于從經(jīng)過預(yù)處理的廢水中去除四環(huán)素，其特征在于：采用具有由吸附劑構(gòu)成的固定床床層的固定床反應(yīng)器進行廢水凈化處理，所述吸附劑由權(quán)利要求1-6中任意一項權(quán)利要求所述的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的廢水凈化方法，其特征在于：所述固定床反應(yīng)器根據(jù)Log-Bohart-Adams模型設(shè)計。
9.如權(quán)利要求7所述的廢水凈化方法，其特征在于：當所述吸附劑對四環(huán)素的吸附飽和后，使用再生液對所述吸附劑進行原位洗滌再生；所述再生液采用乙醇和/或雙氧水。
10.如權(quán)利要求7所述的廢水凈化方法，其特征在于：所述預(yù)處理能夠使得所述廢水的總?cè)芙夤腆wTDS不超過500mg/L，總有機碳TOC不超過5mg/L，控制pH在6.5-7.5范圍內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭及廢水凈化方法，該生物活性炭的制備更為安全、環(huán)保，對四環(huán)素具有優(yōu)異的吸附性能。
第一個方面，提供了一種用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭，是由竹基生物炭經(jīng)蒸汽熱活化制備而成的竹基活性炭；比表面積SBET為1100-1300m2/g，微孔比表面積Smicro為1080-1200m2/g，外表面積Sext為60-70m2/g，總孔容Vtotal為0.78-1cm3/g，平均孔徑Dave為2.7-3.1nm；其傅里葉變換紅外光譜FTIR分析結(jié)果顯示，在3200-3600cm-1波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收峰，對應(yīng)于羥基的伸縮振動；對其進行光電子能譜XPS分析結(jié)果顯示，π-π*特征峰的相對含量為5.7-7%。
第二個方面，提供了一種廢水凈化方法，用于從經(jīng)過預(yù)處理的廢水中去除四環(huán)素，采用具有由吸附劑構(gòu)成的固定床床層的固定床反應(yīng)器進行廢水凈化處理，所述吸附劑由第一個方面的用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭構(gòu)成。
上述用于從廢水中除四環(huán)素的生物活性炭是由竹基生物炭經(jīng)蒸汽熱活化制備而成，制備工藝更為安全、環(huán)保。
本發(fā)明所基于的研究發(fā)現(xiàn)：竹基活性炭對四環(huán)素的主要吸附機制為孔隙填充（四環(huán)素分子進入并占據(jù)竹基活性炭表面和內(nèi)部的孔隙空間的過程）、π-π相互作用（兩個或多個π系統(tǒng)，通常是芳香環(huán)，它們之間的非共價吸引力）和氫鍵作用（四環(huán)素分子中的某些官能團與竹基活性炭表面的含氧官能團之間形成的氫鍵）。本發(fā)明上述生物活性炭的技術(shù)方案所采取的技術(shù)手段分別對應(yīng)上述三個吸附機制，能夠使竹基活性炭對四環(huán)素具有優(yōu)異的吸附性能。
（發(fā)明人：黃昆明;馮潤蕓;李江榮;王倩;張懷民）
