[发明专利]一种用于压载水催化氧化灭藻的改性活性炭的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及活性炭，具体属于一种改性活性炭及其在催化氧化控制压载水中藻类的应用。

背景技术

船舶压载水是保证船舶平稳、安全，也是造成海洋有害生物传播的最主要途径。每年约有100亿吨压载水在全世界范围异地排放。船舶压载水对海洋环境的侵害之大，己被全球环境基金组织(GEF)确认为危害海洋的四大威胁之一。压载水中携带的藻类是主要入侵生物之一，个体较大，比较携带的细菌等其他物种更难于处理。目前已认定有16种外来赤潮藻是经船舶压载水侵到中国海域，造成了严重的赤潮灾害。一旦生物入侵性传播造成灾害势态，其治理工作量和费用都十分巨大。为此，各国政府、国际组织以及科学家正在着手研究阻止外来生物入侵的措施及治理方法。2004年2月，国际海事组织（IMO）通过了《船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》，立法规定远洋船舶在到达目的地排放压载水前，必须进行处理，杀死其中全部海洋外来生物。因而如何有效治理船舶压载水并符合《公约》规定是目前国际海洋环境研究中的难点和热点之一。对其应用常规处理技术，如物化法和生化法及其组合的方法，很难达到满意的处理效果，至今仍缺乏经济有效的实用技术。

　  传统的臭氧氧化技术处理有机物效果好、二次污染少，是多年来水处理领域中的研究热点。但采用单独臭氧化技术时，矿化效率低，稳定性差，且受臭氧传质效率的影响，臭氧的利用率也较低，一般仅为10-20%左右。近年来，为了提高臭氧处理效果，臭氧催化氧化技术成为研究热点。臭氧催化氧化技术通过添加催化剂引发高活性羟基自由基（OH·）的产生，利用OH·的强氧化能力灭活水中的微生物并氧化有机物。与传统化学氧化法相比(如臭氧化)，臭氧催化氧化提高了臭氧利用率，可以更高效地去除水中微生物，因而该技术在去除压载水中藻类等微生物方面显示出巨大的应用潜力。

研究结果表明，在金属离子中锌离子的催化效能较高，且相对于其他过渡金属较为安全，同时可以强化臭氧氧化控制水中藻类等微生物。但采用均相体系处理有机废水存在催化剂难分离且不可重复利用的问题。活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，并有吸附容量大、速度快，能有效地吸附多种物质（包括微生物）的特点，将过渡金属锌负载于活性炭上，制成一定形状的颗粒,不但可以保持过渡金属锌固有的特性而且可以增强其稳定性。因此，以非均相催化为特征，研发一种易分离且具有高效催化臭氧化的催化剂具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种催化臭氧化灭藻能力强且易于分离、方便回收利用的、用于压载水处理的改性活性炭，该活性炭制备工艺简单、成本低廉、性能长期稳定，易于生产。

本发明提供的一种改性活性炭，在充分研究水处理过程中活性炭催化臭氧化机理的基础上，采用活性炭负载过渡金属锌制得。具体步骤如下：

⑴ 将活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，用质量浓度10%的硝酸溶液浸渍振荡1h后，过滤，用水洗至中性、备用；

⑵ 在煮沸、匀速搅拌条件下，在浓度为0.2mol/L的硫酸锌中缓慢加入0. 5mol/L的碳酸钠，它们的体积比为1:0.5；将步骤⑴处理过的活性炭以体积比1:2的比例加入纯水，煮沸20min后，加入2倍纯水体积的上述溶液，振荡反应8h；

⑶将步骤⑵得到的活性炭冷却后用水洗至中性，烘干，得到暗黑色改性活性炭。

本发明制备的改性活性炭与臭氧等氧化剂联用，可以用于压载水灭藻灭菌处理和废水处理领域。

与现有技术相比本发明具有以下优点和效果：

1、本发明在采用活性炭负载锌制备得到的改性活性炭，其催化效果好，对多种藻类和微生物催化臭氧化去除率较单独臭氧氧化均大幅提高。

2、臭氧利用率高，该活性炭可促进臭氧增溶率达到10.7%～42%，大幅降低臭氧水处理应用工艺成本。

3、本发明活性炭制备工艺简捷，原料成本低、能耗低。

具体实施方式:

实施例1：

⑴ 将活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，用质量浓度10%的硝酸溶液浸渍振荡1h后，过滤，用水洗至中性、备用；

⑵ 在煮沸、匀速搅拌条件下，在浓度为0.2mol/L的硫酸锌中缓慢加入0. 5mol/L的碳酸钠，它们的体积比为1:0.5；将步骤⑴处理过的活性炭以体积比1:2的比例加入纯水，煮沸20min后，加入2倍纯水体积的上述溶液，振荡反应8h；

⑶将步骤⑵得到的活性炭冷却后用水洗至中性，烘干，得到暗黑色改性活性炭。

实施例2：

将上述活性炭用水洗净表面粉粒及杂质后，称取1.0g的上述改性活性炭投加到1升含藻水中，同时以5.1mg/min的速度通入臭氧，2min后除藻率达到98.3%，5min时除藻率几乎接近100％，效果显著高于其他活性炭或单独使用臭氧（同等剂量下）灭活。