[发明专利]无粘接剂孔隙可调的大孔生物活性炭及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及活性炭制备技术领域，特别涉及一种无粘接剂孔隙可调的大孔生物活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

随着饮用水源污染的日益加重以及《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的实施，传统常规工艺难以有效去除形成嗅、味、色度和以COD为表征的有机化合物，而臭氧－生物炭工艺(O₃-BAC)因集臭氧氧化、吸附、生物降解于一体，已成为目前国内公认的给水深度处理的主要技术。自GB 5749-2006实施以来，O3-BAC技术在我国获得了广泛应用，目前国内采用O₃-BAC工艺的水厂总处理能力已接近2500万m3/d，约占地表水厂处理能力20％，随着十三五期间上海、江苏等地全面推行给水深度处理，其规模将呈继续增加趋势。然而，生物活性炭技术存在一个技术瓶颈：当水温低于11℃时，其处理效果便下降。主要原因是：目前BAC所用的活性炭都是基于吸附功能而开发的，其孔隙结构以微孔为主，微生物只能附着在活性炭的外表面上，从而导致温度对其影响较大。我国幅员辽阔，水温低于11℃的地区相当大。如果此问题不解决，无疑会使这一技术在我国北方的推广受到限制。

为了解决生物活性炭技术怕低温的技术瓶颈并提供更多的供微生物附着的表面，本课题组开发出了生物活性炭(BAC)用活性炭—大孔生物活性炭，其最大孔径达几十至几百微米；其应用试验表明，大孔生物活性炭的有机物处理效果、生物载持量、耐受低温能力均优于普通市售水处理用活性炭及法国专门的生物活性炭(PICA)。即大孔生物活性炭的大孔为微生物出入活性炭孔隙并繁衍提供了“宜居”条件：降低了外界温度对微生物活性的影响、提高了单位活性炭上微生物的载持量，这将有利于解决我国生物活性炭在低温下(<11℃)效果降低的技术难题。那么如何有效控制大孔活性炭中大孔所占的比例，从而有效保障微生物的繁衍生息将是需要解决的关键性问题。为此，在前期大孔生物活性炭研发及制备的基础上，课题组通过调整生产工艺条件，发明了可调孔隙的大孔生物活性炭的生产方法。且其关键性指标碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、强度均满足《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》(CJ/T 345-2010)的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种无粘接剂孔隙可调的大孔生物活性炭及其制备方法和应用。

本发明的第一个技术方案是无粘接剂孔隙可调的大孔生物活性炭制备方法，包括如下步骤：

(1)原材料选取竹子，碎屑粉碎，并筛分，取竹屑80±5目，含水率在8±0.5％；

(2)按照压缩比在1:5至1:10压块造粒，所述压缩比是指直径/长度；

(3)炭化处理：炭化温度在450-700℃，炭化时间为0.5-2.5h；

(4)活化反应：活化温度在700-1000℃，活化时间为1-3.5h。

所述步骤(4)中活化反应活化剂选自水蒸气、二氧化碳、氧气和空气中的至少一种。

本发明的第二个技术方案是采用上述方法制备无粘接剂孔隙可调的大孔生物活性炭，含有微孔、中孔和大孔，其中大孔孔径范围为0.1μm到300μm。

大孔孔径分布通过压缩比调控。

大孔活性炭的大孔孔体积分布在孔径≥0.1μm、≥1μm、≥2μm、≥5μm、≥10μm、≥50μm、≥100μm范围内，均随着压缩比的增加呈递减趋势。

形状为压块状或破碎炭或粉末状中的任一种。

本发明的第三个技术方案是无粘接剂孔隙可调的大孔生物活性炭应用，应用于水处理或空气净化。

本发明相对于现有技术有以下有益效果：

1、本发明根据需要，采用物理活化法制备出孔隙可调的大孔生物活性炭材料，避免二次污染问题并避免化学试剂使用，所采用的原材料为可再生能源，满足节约资源、可持续发展目标。

2、本发明制备出的大孔生物活性炭同时包含有中孔和大孔结构，从而使活性炭具有更多的输送通道；且其包含的微米级大孔结构，使其较活性炭外表面拥有更多的可供微生物附着的内表面积，并具有绝热功能，从而获得使微生物进入活性炭内表面以及减少了外界温度影响，克服了现有技术中当水温低于11℃时，其处理效果便下降的缺陷。

3、本发明产品含有微孔及中孔结构，从而使生物活性炭兼具吸附功能；由于孔隙较大且可调，从而获得了饱和活性炭易于再生；具有“可调孔隙的大孔活性炭”进行水处理得以充分考虑微生物的实际因素、为其提供“宜居”条件、尽而达到生物降解效果彻底以及节约资源的目的。