[发明专利]一种用于重金属废水处理的改性活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及重金属废水处理领域，尤其是涉及一种用于重金属废水处理的改性活性炭的制备方法。

背景技术

重金属不能被微生物降解，可在生物体内富集并引起显著毒性效应，是一种持久性污染物。如汞、镉、铬、铅、砷等严重危害人体健康，破坏水生态系统，使农业和渔业减产等，造成的经济损失巨大，成为制约我国经济、社会发展和民生改善的重大问题。针对重金属污染，人们已开发的多种水处理方法，如化学沉淀法、铁氧体法、吸附法、离子交换法、电解法、反渗透、电渗析法、强化超滤法、生物法等，都存在一些缺点和不足：(1)有些处理成本高，如强化超滤法、电渗析法、化学沉淀法中的螯合沉淀法、离子交换法等；(2)有些工艺复杂、操作繁琐，如铁氧体法、强化超滤法；(3)有些处理效果达不到要求，如传统化学沉淀法；(4)有些适应性差，如生物法、电解法、铁氧体法；(5)有些设备投资大，如反渗透、电渗析法。

与上述处理方法比较，吸附法是通过比表面积大的多孔性物质，如活性炭、粉煤灰、活性污泥灰、沸石、生物材料、氧化锰、花生壳和高岭土等，使重金属离子在固体表面未平衡的分子引力或化学键力的作用下富集而分离。由于这些吸附剂来源广泛且价廉，引起水处理界的广泛重视，成为一种很有应用前景的重金属废水处理方法。但这些吸附剂普遍存在吸附容量偏低，用量大，对重金属的去除效率不够高等问题。如果不经有效脱附方式处理，往往会产生大量废渣。在上述吸附剂中，活性炭比表面积大，达500～1500m²/g，对废水中有机和无机污染物都有较强的吸附作用。但活性炭吸附重金属主要依靠石墨层C原子的提供π电子与重金属离子形成C_π-Mⁿ⁺配合物，或通过表面功能基如羟基和羧基等与重金属离子的离子交换作用将离子吸附在其表面。由于π电子在石墨层间运动，局部密度不高，且C_π与重金属离子必须接近到一定程度才能形成C_π-Mⁿ⁺配合物，由于C表面是疏水性的，而Mⁿ⁺在水中是溶剂化的，二者亲和性不强，Mⁿ⁺的溶剂化层也不利于二者接近，因此，依赖于这种机制的重金属去除率不高。另一方面，未经改性的活性炭表面的功能基数量较少，对重金属离子的去除率较低。因此，未经改性的活性炭对重金属离子的去除率并不高，尤其是对低浓度的重金属废水的处理效果是难以达到标准的。因此，需对活性炭进行修饰改性。目前，用于重金属处理的活性炭改性修饰方法主要是采用酸处理方法来增加表面功能基团，如羧基、醌、羰基、内酯、羟基和羧酸酐等。已见报道的方法主要有硝酸、过硫酸铵、高氯酸、空(氧)气、臭氧、过氧化氢和硝酸铁氧化产生羧基、醌、羰基、内酯、羟基等,在H₂S、Na₂S和SO₂中加热处理引入含硫基团，在活性炭上负载ZnO，用单宁酸处理，氦-氧等离子体处理产生含氧基团，还有通过硝基的芳环亲电取代引入到活性炭上，再经还原转变成—NH₂等。以上这些改性方法虽然虽然增加了表面活性基团，提高了对重金属离子的吸附性，但存在以下缺点：(1)降低其BET表面积和孔容；(2)破坏孔结构，造成孔堵塞，产生狭窄的微孔结构，降低了吸附容量，也不利于离子在活性炭内部的传输和活性炭的再生。

因此，研发新的活性炭改性方法，既保留活性炭原有独特的优良结构，又增加对重金属离子螯合能力强的螯合基团的种类和数量，从而促进对重金属离子的吸附能力和容量，以及活性炭的再生循环使用，对推进活性炭在重金属废水中的广泛应用和重金属废水的治理具有重要意义。

发明内容

针对上述活性炭用于重金属离子吸附处理存在的问题和现有改性方法存在的缺点，本发明提供一种用于重金属废水处理的改性活性炭的制备方法，其特点是：(1)改性在活性炭的表面进行，对内部结构基本不产生影响，保持活性炭原有独特的孔道结构，因此，保持了原有活性炭的吸附特性；(2)在活性炭表面修饰对重金属离子具有较强作用的活性基团，使吸附重金属在活性炭的表面进行，不仅提高了对重金属的吸附能力，也利于重金属的解吸回收和活性炭的再生与循环使用，提高活性炭的使用寿命；(3)兼具对重金属离子和其它成分尤其是有机成分优良的吸附性能，使实际重金属废水经本发明改性活性炭处理后多项指标都能达标，提高其在实际重金属废水处理中的实用性。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种用于重金属废水处理的改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：