[发明专利]酸浸渍的活性炭及其形成与使用方法

说明书

本分案申请是2007年8月23日向中国专利局提交的申请号为200780034735.4、发明名称为“酸浸渍的活性炭及其形成与使用方法”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及含用无机酸浸渍的活性炭基体的组合物及其生产与使用方法。

发明背景

氨水是工业和农业上重要的化学品。它用于制备许多聚合物和纺织品，且是氮肥的重要的基本成分。

在空气或水中发现的氨水可来自于尿素、蛋白质和其他含氮有机物的分解，或者来自于在工业或农业中使用氨水的过程中其偶然逃逸。空气中的氨水在百万分之25－500份的浓度下对人类和动物有毒，这取决于可接受的暴露时间。在任何浓度下，空气中的氨水结合酸性组分，例如二氧化硫，形成直径小于2.5微米(PM_2.5)的粒状物质，这种粒状物质是尤其有毒的污染物，它可深深地渗透到人类呼吸道内。另外，气载氨水会引起金属结构腐蚀且被视为气味问题的主要贡献因子。

氨水在水中高度可溶，其中在高浓度下，它可引起鱼死亡且通过刺激藻类种群的生长造成富营养化和氧气的消耗。

可通过数种方法从空气中除去氨水。首先且最便宜的是，用低浓度氨水稀释负载氨水的空气，以便实现可接受的水平。然而，这一“稀释”方法在较宽的区域内分配氨水，因此造成形成PM_2.5。在其中因动物尿液沉积导致累积有毒程度的氨水的封闭(confined)的牲畜作业中，排出内部空气和外部空气作为“补充空气”进入。然而，在寒冷的气候条件下，除去负载氨水的空气要求加热置换空气以保持畜栏内均匀的温度。

另一选择是通过在水中鼓泡，从空气中除去氨气，从而以氨水和铵离子(NH₄⁺)形式捕获氨气。然而，当氨含量增加时，水的pH增加且氨气再次释放到空气内。而且，稀释的氨化水没有价值，且也必须弃置。第三个选择，和可能最常见的是使负载氨气的空气鼓泡通过无机酸，例如硫酸或盐酸或硝酸。氨气转化成相当的盐(硫酸铵、氯化铵或硝酸铵)。第三个选择的缺点是：(a)空气鼓泡通过液体的结果是形成显著大的反压，和(b)所形成的盐与液体酸混合且难以分离，从而限制了副产物的用途。

另一选择是通过电化学处理，还原氨气成氮气(N₂)。然而，这一方法的缺点是，操作成本高且要求复杂的加工设备。

若必须从水，例如从将再引入到天然水体内的废水中除去氨气，则将氨气从水中汽提到空气内，其中再次出现除去空气问题。因此，以上讨论的从空气中除去氨气的所有技术同样可应用到在水中处理氨气。

因此，本领域需要从空气中除去氨气的活性炭基体，它可减少现有技术中出现的一些或所有难题。

发明概述

本发明涉及一种新型组合物，它包括酸浸渍的活性炭，所述活性炭可通过将含碳材料转化成活性炭基体同时在活性炭基体内灌入酸而生产。另外，本发明可包括使用酸浸渍的活性炭，从气流中除去氨气的方法，和由废介质生产肥料物质的方法。此外，本发明可包括将酸浸渍的活性炭基体和肥料盐浸渍的副产物转化成活性炭的方法。

因此，在一个方面中，本发明可包括固体组合物，所述组合物包括用无机酸浸渍的活性炭基体，它可用于化学吸附氨气。在一个实施方案中，无机酸包括硫酸、盐酸、磷酸或硝酸之一。该固体组合物优选表面积为至少约10m²/g，更优选至少约30m²/g，和最优选至少约500m²/g。

在一个实施方案中，通过添加无机酸到含碳材料中，由含碳材料形成活性炭基体，其中活性炭基体的表面积为含碳材料的至少约5倍，和优选为含碳材料表面积的约10倍，和更优选约100倍，和最优选约300倍。含碳材料包括生物物质材料，所述生物物质材料包括曾经存活的有机物或由曾经存活的有机物，例如木材、动物废物或泥煤苔形成的任何材料。

在另一方面中，本发明可包括生产用无机酸浸渍的活性炭基体的方法，该方法包括下述步骤：

(a)视需要，干燥含碳材料到合适的含湿量；

(b)粉碎含碳材料成合适的粒度范围；和

(c)在混合这两种组分的同时，施加无机酸到含碳材料上。

在一个实施方案中，含碳材料可包括木材、动物废物或泥煤苔。可在施加无机酸之前，对含碳材料造粒，或者可对用无机酸浸渍的活性炭基体造粒。在一个实施方案中，可用水淘洗用无机酸浸渍的活性炭基体，在氨气化学吸附之后洗出肥料盐。