[发明专利]复合吸附剂及其制备方法

说明书

一种用地质聚合物、沸石和活性炭的混合物制备复合吸附剂的组合物，其中地质聚合物材料、含碳材料和碱活性剂是混合物的组分。碱活性剂与含碳材料的固体质量比至少为0.25:1。通过混合、成型、挤压等常规方法利用该组合物来制备成型复合吸附剂的工艺。碱活化将含碳材料转化为活性炭，然后水热处理将地质聚合物材料转化为沸石。由本发明的组合物制成的成形复合吸附剂用于液体和气体的吸附、纯化或其他分离应用。

发明领域

本发明涉及一种复合吸附剂组合物及其制备工艺。更具体地，所述复合吸附剂组合物和制备工艺涉及混合、成型、碱活化和水热处理一种由地质聚合物材料、含碳材料、碱活化剂组成的混合物，来生产形状和尺寸适合于吸附应用的由沸石和活性炭组成的复合吸附剂。

背景技术

随着全球工业化程度的提高，化学、制药、纺织、农业和许多其他行业都在大量生产重金属、有机化合物和农药等有害污染物。由于这些污染物对环境和健康构成严重威胁，环境法规要求在将其排入环境或再利用之前将其从废水等废物流中去除。吸附法具有效率高、吸附容量大、运行费用低等优点，是去除废水中污染物最为理想的方法。沸石和活性炭是目前应用最广泛的污染物去除吸附剂。

沸石是由SiO₄和AlO₄四面体结合而成的多孔结晶铝硅酸盐。它们有一个开放的结构框架，有许多通道和相互连接的空隙，其孔道尺寸通常在0.3-1纳米范围内。这些通道被阳离子和水分子占据。框架中的每一个AlO₄四面体都带了一个由阳离子平衡的净负电荷。当含离子的水溶液通过孔道和空隙时，该阳离子能够可逆地与其他带相同电荷的离子交换。因此，沸石对重金属、铵等无机污染物具有很好的吸附性能，即使在百万分之几(ppm)或更高的浓度下，也具有很高的离子交换容量。

沸石被广泛用于各种用途，包括分离和吸附过程。在液体和气体应用的连续工艺过程中，通常使用粒状沸石来实现低压降、便于操作和再生以及较长的使用寿命。虽然沸石是优良的无机污染物吸附剂，但由于沸石孔道尺寸较小(0.3-1纳米)，且大多数沸石材料具有亲水性，因此在去除有机物特别是大个的有机物方面的效果较差。

另一方面，活性炭通常具有从约一纳米到几微米的大尺寸孔隙，并且是疏水性的。典型的活性炭的表面积为每克几百平方米，可以积聚大量的污染物分子。活性炭具有比表面积大、孔径分布广、表面活性高的特点，对有机物包括大个的芳香族烃的去除非常有效。然而，与沸石相比，活性炭对无机污染物的吸附效率较低，通常不用于处理高浓度无机污染物的废物流。

活性炭有多种类别，包括粉状活性炭(PAC)、颗粒活性炭(GAC)和挤出成型活性炭(EAC)。PAC是一种粒度主要小于0.18毫米的粉状活性碳(美国网目尺寸80)，而GAC和EAC是粒度在0.2到5毫米之间的颗粒或圆柱体。PAC通常用于脱色、食品加工和医药等领域。GAC常用于气相和液相应用的连续工艺过程，而EAC最常用于气相应用。与PAC相比，GAC或EAC等成型活性炭具有压降低、再生性好、可重复使用、硬度高、磨损小等优点。

为了提高在处理含有无机和有机污染物的复杂废水时对污染物的吸附性能，沸石与活性炭吸附剂串联组成混合吸附剂系统用于工业应用。使用这样的系统会导致更大的系统占地面积，增加系统成本，以及延长处理时间。一种方法是将沸石和活性炭结合在一个吸附材料系统中。然而，迄今为止，这些形成这样一个组合系统的尝试都有缺点或其他困难，包括成本高、粘合剂堵塞吸附剂孔通道、机械强度低等。下面提供了这种组合系统的几个例子。