[发明专利]一种适宜生物强化的高性能中孔活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭及其制备方法，尤其涉及一种应用于水处理臭氧-生物活性炭和臭氧-生物增强活性炭工艺中适宜生物强化的高性能中孔活性炭及其制备方法。

背景技术

随着饮用水水源污染日益严重，以臭氧-生物活性炭（O₃-BAC）和臭氧-生物增强活性炭（O₃-BEAC）技术为核心的饮用水深度处理技已得到广泛应用，并对水中天然有机物、持久性有机污染物及内分泌干扰物等方面具有较高除污染效率。在活性炭净水处理工艺的长期过程中，当活性炭滤料的吸附容量接近饱和后，O₃-BAC和O₃-BEAC工艺的净水效能主要依靠活性炭表面及其孔道中形成的生物膜对水中污染物质的降解作用。主要区别在于O₃-BAC长期运行过程形成的是具有一定生物降解活性的普通生物活性炭，而O₃-BEAC工艺还是通过优选高效复合功能菌群构建的生物增强活性炭。

但不论是普通O₃-BAC，还是O₃-BEAC，作为功能菌群生物载体的活性炭滤料是深度处理体系高效稳定运行的关键因素。活性炭不仅提供了优势菌群生长所必须的表面固定化条件，其对水中有机物质的高效吸附作用更为优势菌提供了丰富的能量来源。活性炭滤料为微生物提供了所必须的固定化表面环境，对微生物种群分布和生物活性产生不同的影响。活性炭具有丰富表面官能团、良好的富集营养物质和氧气浓度的能力，为微生物群体在活性炭表面的固定起着促进作用。活性炭表面对水中DOC/DO的富集与解吸附性能对微生物降解有机物及实现活性炭表面活性点位再生的重要影响。

但目前我国活性炭材料在饮用水处理中，尤其是在应用水生物净化工艺中存在着一些关键问题，这些问题主要包括：（1）从活性炭实际应用效果来看，由于饮用水水源中大量存在的有机物是以天然大分子有机物为主，这些有机物主要吸附于活性炭的中大孔隙，很难进入到活性炭内部的微孔中。而目前应用的活性炭孔隙结构主要以孔径小于1nm的微孔为主，这种微孔型活性炭中只有极少数孔径大于1nm的中大空隙，其微孔率达到90%以上，而这种微孔型活性炭对大分子、超大分子有机物的吸附能力较差（一般亚甲蓝值小于200mg/g），造成活性炭净水效果不佳。（2）现有活性炭生产是以提高活性炭吸附能力为目标，没有考虑对活性炭表面微生物生长的影响作用，导致在实际应用过程中，活性炭表面不利于微生物的生长，活性炭表面与孔道中的生物载持量少且生物活性较低，微生物的生物量一般为10⁴CFU/g～10⁵CFU/g，导致所形成的生物活性炭上的生物降解作用与生物再生作用发挥的不充分，造成生物活性炭净水效能降低。

综上所述，目前这种微孔型活性炭存在孔隙结构不合理，难以适应复杂的水质条件，不利于生物作用发挥，吸附易饱和，已不能满足实际水处理中的应用要求。

发明内容

本发明是为解决现有活性炭存在的中孔率低、活性炭表面与孔道中的生物载持量少的问题，而提供一种适宜生物强化的高性能中孔活性炭及其制备方法。

本发明的一种适宜生物强化的高性能中孔活性炭为中孔容积为0.45cm³/g～0.65cm³/g的中孔活性炭。

本发明的一种适宜生物强化的高性能中孔活性炭的制备方法步骤如下：

一、将无烟煤、长焰煤和椰壳粉碎后过20～50目筛，然后按照无烟煤、长焰煤与椰壳的质量比为（4～6）:3:2将三者混合均匀，得到混合物，然后对混合物进行粉碎，粉碎至80%以上的混合物通过325目筛，得到混合料；

二、将步骤一得到的混合料放在干法成型设备中，向干法成型设备中加入黏结剂，然后在压力为200MPa～250MPa的条件下进行压块，压块后粉碎至平均直径为2mm～10mm的块体，然后置于回转炭化炉中，在氮气环境下，以10℃/min～20℃/min的升温速率由室温升温至550～650℃，保温20min～35min，完成炭化，得到炭化料；其中所述的混合料与黏结剂的质量比为8:（0～2）；