[发明专利]铁和氮处理的吸附剂及其制备方法

说明书

一种被活化以形成前体活性炭的含碳材料，所述含碳材料通过掺杂铁和氮并煅烧而进一步增强。所得吸附剂材料具有可用于流体纯化领域的优异催化性能。进一步的增强可以在单阶段工艺或双阶段工艺中进行。所述含碳材料包括从煤、木材或椰子壳中获得的那些。所述的处理方法产生了一种吸附剂材料，所述吸附剂材料在从流体如打算饮用的水中去除氯胺和类似化合物方面具有优异的性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年8月31日提交的美国临时专利申请号63/072,514的权益，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

流体如水通常通过添加氧化化合物、用紫外线辐射照射水或两者来消毒。虽然这些技术在对水进行消毒方面是有效的，但是经消毒的水通常包括氧化化合物本身、当氧化化合物溶解在水中时的氧化化合物的产物、或由含有各种组成化合物的水的辐射产生的反应化合物。总之，这些各种化合物包括氯、氯胺、氯仿、三卤甲烷、卤乙酸和过氧化氢。这些化合物是不受欢迎的，因为它们改变了水的气味和味道，引起健康问题，并能引起总管道和服务管道的腐蚀。

为了去除这些化合物，已经使用了吸附剂。吸附剂吸收并吸附各种化合物。特别地，吸附剂的孔允许化合物的吸附。然而，纯吸附剂是低效的并且仅吸附必须去除的化合物的一部分。为了提高它们的有效性，有时用化合物处理吸附剂以形成催化吸附剂。催化物质通常存在于吸附剂颗粒的表面上，并通过催化那些在吸附剂上吸附或吸收不佳的不需要的化合物的化学分解而发挥作用。通过采用吸附和催化两种机理，催化吸附剂比纯的、未处理的吸附剂显著更有效。已经证明催化吸附剂有效地从水和其他流体中去除氯、氯胺、氯仿、三卤甲烷、卤乙酸和过氧化氢。即使如此，仍然需要改进形成这种催化吸附剂的各个步骤，并且从而改善总体吸附剂性能。

发明内容

一种被活化以形成前体活性炭的含碳材料，所述含碳材料通过掺杂铁和氮并煅烧而进一步增强。所得吸附剂材料具有可用于流体纯化领域的优异催化性能。

在一个实施方案中，存在一种吸附剂材料，所述吸附剂材料由含碳材料形成，所述含碳材料被活化以形成前体活性炭，所述吸附剂材料包含以基于干燥的前体活性炭测量的至少约1.3重量％的氮；以基于干燥的前体活性炭测量的至少约1,000mg/kg的铁；并且其中当用接触所述吸附剂材料的水流测量时，所述吸附剂材料具有约70mg/mL或更大的体积氯胺去除量。

在另一个实施方案中，当用接触一定体积的所述吸附剂材料的含氯胺的水流测量时，所述吸附剂材料具有约70mg/mL至约350mg/mL的体积氯胺去除性能。

在另一个实施方案中，吸附剂材料中氮的量为约1.3重量％至约3.0重量％。

在另一个实施方案中，吸附剂材料具有约2.5分钟至约45分钟的过氧化物破坏值。

在另一个实施方案中，吸附剂材料的氯胺破坏值(CDN)为至少约25。

在另一个实施方案中，吸附剂材料的CDN为约25至约125。

在另一个实施方案中，吸附剂材料的过氧化值小于约25分钟。

在另一个实施方案中，吸附剂材料的过氧化值为约3分钟至约10分钟。

在另一个实施方案中，吸附剂材料由含碳材料形成，所述含碳材料由煤、木材和椰子中的一种或多种形成。

在另一个实施方案中，至少部分含碳材料由椰子形成。

在另一个实施方案中，吸附剂材料包含至少约0.110mL/g的微孔，其中每个微孔具有约0.36nm至约0.46nm的孔径；并且当用接触一定体积的所述吸附剂材料的含氯仿的水流测量时，所述吸附剂材料具有约0.25mg/mL或更大的体积氯仿去除性能。

在另一个实施方案中，吸附剂材料具有约0.25mg/mL至约0.90mg/mL的体积氯仿去除量。