專利名稱：用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于去除水中嗅味物質(zhì)或金屬離子的 竹炭及其制備方法。
背景技術(shù)：
含有嗅味物質(zhì)如硫醇、硫醚等含硫化合物的水嗅閾值低，即使痕量存在也會產(chǎn)生 惡臭，對人的呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等造成傷害；而含有重金屬離子的水中由于長期停留與 積累在環(huán)境中，通過食物鏈逐級富集，最終進(jìn)入人體，嚴(yán)重威脅著人類的健康。去除水體中 的硫醇、硫醚等含硫化合物的嗅味物質(zhì)或重金屬離子污染已成為人們亟待解決的問題。目前用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、高的比 表面積和足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠吸附水體中的大部分有機(jī)物，可以用于水廠常規(guī)工藝中 的強(qiáng)化措施，或者用于城市供水中應(yīng)對可吸附有機(jī)污染物的應(yīng)急處理技術(shù)。但是該活性炭 對親水性的水中嗅味物質(zhì)或微量重金屬的吸附效率較低。通過改進(jìn)，現(xiàn)在多采用高錳酸鉀 氧化處理和活性炭吸附聯(lián)用技術(shù)以增強(qiáng)對硫醇、硫醚類嗅味物質(zhì)的去除能力，但是存在的 問題仍然是對親水性的水中嗅味物質(zhì)去除率低且制備工藝復(fù)雜成本高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于去除水中嗅 味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭及其制備方法，利用竹料自身所具有的成分，無需活化處理成 活性炭，直接將竹原料炭化，所得竹炭尤其是甜龍竹竹炭相對活性炭能顯著提高對硫醇、硫 醚類嗅味物質(zhì)或重金屬離子的吸附能力，同時(shí)，該制備工藝簡單，顯著降低了以往的活性炭 制備成本。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭，該竹炭分為內(nèi)表兩層，即表 面的官能團(tuán)及吸附位層和內(nèi)部的碳層，其中內(nèi)部的碳層的質(zhì)量比例為75-95wt%，其組成 為碳，表面的官能團(tuán)及吸附位層的質(zhì)量比例為5-25wt%，該官能團(tuán)及吸附位層包括質(zhì)量 比例為 l-8wt % 的羧基氧、0. 7-1. 7wt % 的羥基氧、0. 78-5wt % 的 Mg、0. 78_5wt % 的 Ca、 0. 02-2. 65襯％的Fe以及0. 02-2. 65襯％的Mn，該羧基氧和羥基氧構(gòu)成表面官能團(tuán)，而Mg、 Ca、Fe以及Mn組成了吸附位。上述的用于去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的竹炭的制備方法將竹料劈成能放 入對應(yīng)的氣氛爐大小的條狀竹料，然后放入對應(yīng)的氣氛爐中，在含氧量為0. 05-0. 5%的貧 氧條件下燜燒或通入含氮量為99. 5%的工業(yè)氮，并以5-20°C /min的升溫速度升溫，直至 500-1000°C來對該條狀竹料進(jìn)行炭化處理，炭化處理時(shí)間為l_4h，炭化處理時(shí)間結(jié)束后，使 氣氛爐自然冷卻至室溫并停止通氣，所得竹炭采用攪拌磨進(jìn)行干法粉碎至100-200目，這 樣就得到用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭。所述的竹料為甜龍竹。
所述的工業(yè)氮用含氮量為99. 999%的高純氮代替。本發(fā)明的用于去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的竹炭及其制備方法，利用竹料自 身所具有的成分，無需活化處理成活性炭，直接將竹原料炭化，所得竹炭通過其表面官能團(tuán) 以及吸附位尤其是甜龍竹炭，相對活性炭能顯著提高對水中的嗅味物質(zhì)或重金屬離子的吸 附能力，同時(shí)，該制備工藝簡單，顯著降低了以往的活性炭制備成本。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。實(shí)施例1 本實(shí)施例的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭的制備方法:將甜龍竹竹料 劈成能放入對應(yīng)的氣氛爐大小的條狀竹料，然后放入對應(yīng)的氣氛爐中，通入含氮量為99. 5%的 工業(yè)氮，并以5°C /min的升溫速度升溫，直至700°C來對該條狀竹料進(jìn)行炭化處理，炭化處理時(shí) 間為2h，炭化處理時(shí)間結(jié)束后，使氣氛爐自然冷卻至室溫并停止通氣，所得竹炭采用攪拌磨進(jìn) 行干法粉碎至150目，這樣就得到用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭。通過本實(shí)施例得到的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭，該竹炭分為內(nèi) 表兩層，即表面的官能團(tuán)及吸附位層和內(nèi)部的碳層，其中內(nèi)部的碳層的質(zhì)量比例為80wt%， 其組成為碳，而表面的官能團(tuán)及吸附位層的質(zhì)量比例為20wt%，該官能團(tuán)及吸附位層包括 質(zhì)量比例為7wt %的羧基氧、0. 7wt %的羥基氧、4wt %的Mg、4wt %的Ca、1. 65wt %的Fe以及 2. 65wt%的Mn，該羧基氧和羥基氧構(gòu)成表面官能團(tuán)，而Mg、Ca、Fe以及Mn組成了吸附位。將本實(shí)施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的甜龍 竹竹炭和150目大小的活性炭分別按照投料比均為200mg/L的比例投放入等量的且含有同 樣嗅味物質(zhì)組分且其濃度為0. 743μ g/L的水進(jìn)行去除處理，得到的結(jié)果如表1所示
所選材料嗅味物質(zhì)殘余濃度(μ g/L)吸附率(％ )本實(shí)施例的甜龍竹竹炭0. 13681. 7活性炭0. 37949. 0表1將本實(shí)施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的甜龍 竹竹炭和150目大小的活性炭分別按照投料比均為200mg/L的比例投放入等量的且含有同 樣重金屬離子Cu2+組分且其濃度為20mg/L的水進(jìn)行去除處理，得到的結(jié)果如表2所示
所選材料重金屬離子Cu2+殘余濃度(mg/L)吸附率(％ )本實(shí)施例的甜龍竹竹炭6. 866活性炭1145表 2
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由表1和表2可知，采用本實(shí)施例中所得的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子 的甜龍竹竹炭和活性炭相比，其去除水中嗅味物質(zhì)的能力提高了 0. 243μ g/L，吸附率達(dá)到 了 80%以上；其去除水中重金屬離子的能力提高了 4. 2mg/L，吸附率達(dá)到了 66%，這樣利用 竹料自身所具有的成分，無需活化處理成活性炭，直接將竹料炭化，所得竹炭通過其表面官 能團(tuán)以及吸附位，相對活性炭能顯著提高對水中水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的吸附能力， 同時(shí)，該制備工藝簡單，顯著降低了以往的活性炭制備成本。實(shí)施例2 本實(shí)施例的用于去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的竹炭的制備方法將甜龍竹 竹料劈成能放入對應(yīng)的氣氛爐大小的條狀竹料，然后放入對應(yīng)的氣氛爐中，通入含氮量為 99. 999%的高純氮，并以20°C /min的升溫速度升溫，直至700°C來對該條狀竹料進(jìn)行炭化 處理，炭化處理時(shí)間為2h，炭化處理時(shí)間結(jié)束后，使氣氛爐自然冷卻至室溫并停止通氣，所 得竹炭采用攪拌磨進(jìn)行干法粉碎至150目，這樣就得到用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離 子的竹炭。通過本實(shí)施例得到的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭，該竹炭分為內(nèi) 表兩層，即表面的官能團(tuán)及吸附位層和內(nèi)部的碳層，其中內(nèi)部的碳層的質(zhì)量比例為75wt%， 其組成為碳，而表面的官能團(tuán)及吸附位層的質(zhì)量比例為25wt%，該官能團(tuán)及吸附位層包括 質(zhì)量比例為8wt %的羧基氧、1. 7wt %的羥基氧、5wt %的Mg、5wt %的Ca、2. 65wt %的Fe以及 2. 65wt%的Mn，該羧基氧和羥基氧構(gòu)成表面官能團(tuán)，而Mg、Ca、Fe以及Mn組成了吸附位。將本實(shí)施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的甜龍 竹竹炭和150目大小的活性炭分別按照投料比均為200mg/L的比例投放入等量的且含有同 樣嗅味物質(zhì)且其濃度為0. 743 μ g/L的水進(jìn)行去除處理，得到的結(jié)果如表3所示 表3將本實(shí)施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的甜龍 竹竹炭和150目大小的活性炭分別按照投料比均為200mg/L的比例投放入等量的且含有同 樣重金屬離子Cu2+組分且其濃度為20mg/L的水進(jìn)行去除處理，得到的結(jié)果如表2所示 表 4
由表3和表4可知，采用本實(shí)施例中所得的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子 的甜龍竹竹炭和活性炭相比，其去除水中嗅味物質(zhì)的能力提高了 0. 2876 μ g/L，吸附率達(dá)到 了 87%以上；其去除水中重金屬離子的能力提高了 8. 2mg/L，吸附率達(dá)到了 86%，這樣利用 竹料自身所具有的成分，無需活化處理成活性炭，直接將竹料炭化，所得竹炭通過其表面官 能團(tuán)以及吸附位，相對活性炭能顯著提高對水中水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的吸附能力， 同時(shí)，該制備工藝簡單，顯著降低了以往的活性炭制備成本。另外，本實(shí)施例和實(shí)施例1相比較，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于其去除水中嗅味物質(zhì)的 能力提高了 0. 0446 μ g/L，吸附率提高了 6% ；其去除水中重金屬離子的能力提高了 4mg/L， 吸附率達(dá)到了 86%，，說明了采用高純氮要比采用工業(yè)氮的去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離 子的能力強(qiáng)。實(shí)施例3 本實(shí)施例的用于去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的竹炭的制備方法將毛竹竹料劈成能放入對應(yīng)的氣氛爐大小的條狀竹料，然后放入對應(yīng)的氣氛爐 中，通入含氮量為99. 5%的工業(yè)氮，并以10°C /min的升溫速度升溫，直至900°C來對該條狀 竹料進(jìn)行炭化處理，炭化處理時(shí)間為4h，炭化處理時(shí)間結(jié)束后，使氣氛爐自然冷卻至室溫并 停止通氣，所得竹炭采用攪拌磨進(jìn)行干法粉碎至150目，這樣就得到用于去除水中嗅味物 質(zhì)或重金屬離子的竹炭。通過本實(shí)施例得到的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭，該竹炭分為內(nèi) 表兩層，即表面的官能團(tuán)及吸附位層和內(nèi)部的碳層，其中內(nèi)部的碳層的質(zhì)量比例為85wt%， 其組成為碳，而表面的官能團(tuán)及吸附位層的質(zhì)量比例為15wt%，該官能團(tuán)及吸附位層包括 質(zhì)量比例為6wt %的羧基氧、0. 7wt %的羥基氧、3wt %的Mg、3wt %的Ca、1. 65wt %的Fe以及 0. 65wt%的Mn，該羧基氧和羥基氧構(gòu)成表面官能團(tuán)，而Mg、Ca、Fe以及Mn組成了吸附位。將本實(shí)施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的毛竹 竹炭、150目大小的活性炭以及實(shí)施例1中所得的甜龍竹竹炭分別按照投料比均為200mg/ L的比例投放入等量的且含有同樣嗅味物質(zhì)組分且其濃度為0. 986 μ g/L的水進(jìn)行去除處 理，得到的結(jié)果如表5所示 表 5將本實(shí)施例中所得的150目大小的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的毛竹 竹炭、150目大小的活性炭以及實(shí)施例1中所得的甜龍竹竹炭分別按照投料比均為200mg/L 的比例投放入等量的且含有同樣重金屬離子Cu2+組分且其濃度為30mg/L的水進(jìn)行去除處 理，得到的結(jié)果如表6所示
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表6由表5和表6可知，采用本實(shí)施例中所得的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子 的毛竹竹炭和活性炭相比，其去除水中嗅味物質(zhì)的能力提高了 0. 234 μ g/L，吸附率達(dá)到了 75%以上；其去除水中重金屬離子的能力提高了 10. 4mg/L，吸附率達(dá)到了 81%，這樣利用 竹料自身所具有的成分，無需活化處理成活性炭，直接將竹料炭化，所得竹炭通過其表面官 能團(tuán)以及吸附位，相對活性炭能顯著提高對水中水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的吸附能力， 同時(shí)，該制備工藝簡單，顯著降低了以往的活性炭制備成本。另外從表格中可以得出，采用 甜龍竹竹料要比采用毛竹竹料來制備其針對去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的能力強(qiáng)。
權(quán)利要求
一種用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭，其特征在于該竹炭分為內(nèi)表兩層，即表面的官能團(tuán)及吸附位層和內(nèi)部的碳層，其中內(nèi)部的碳層的質(zhì)量比例為75 95wt％，其組成為碳，而表面的官能團(tuán)及吸附位層的質(zhì)量比例為5 25wt％，該官能團(tuán)及吸附位層包括質(zhì)量比例為1 8wt％的羧基氧、0.7 1.7wt％的羥基氧、0.78 5wt％的Mg、0.78 5wt％的Ca、0.02 2.65wt％的Fe以及0.02 2.65wt％的Mn，該羧基氧和羥基氧構(gòu)成表面官能團(tuán)，而Mg、Ca、Fe以及Mn組成了吸附位。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭的制備方 法，其特征在于將竹料劈成能放入對應(yīng)的氣氛爐大小的條狀竹料，然后放入對應(yīng)的氣氛 爐中，在含氧量為0. 05-0. 5 %的貧氧條件下燜燒或通入含氮量為99. 5 %的工業(yè)氮，并以 5-200C /min的升溫速度升溫，直至500-1000°C來對該條狀竹料進(jìn)行炭化處理，炭化處理時(shí) 間為l_4h，炭化處理時(shí)間結(jié)束后，使氣氛爐自然冷卻至室溫并停止通氣，所得竹炭采用攪拌 磨進(jìn)行干法粉碎至100-200目，這樣就得到用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭。
3.一種采用權(quán)利要求2所述的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹炭的制備方 法，其特征在于所述的竹料為甜龍竹。
4.一種采用權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的用于去除水中嗅味物質(zhì)或重金屬離子的竹 炭的制備方法，其特征在于所述的工業(yè)氮用含氮量為99. 999%的高純氮代替。
全文摘要
一種用于去除水中嗅味物質(zhì)和重金屬離子的竹炭及其制備方法，利用竹料自身所具有的成分，無需活化處理成活性炭，直接將竹原料炭化，所得竹炭尤其是甜龍竹竹炭相對活性炭能顯著提高對硫醇、硫醚類嗅味物質(zhì)和重金屬離子的吸附能力，同時(shí)，該制備工藝簡單，顯著降低了以往的活性炭制備成本。
文檔編號C02F1/28GK101898125SQ20101024456
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者劉廣嘉, 康飛宇, 張錫輝, 汪明, 黃正宏 申請人:清華大學(xué)