一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺

技术领域

本发明属于活性炭制备技术领域，具体地，涉及一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺。

背景技术

随着我国经济的高速发展、人口增长和人民生活质量提高，城市周边工业园区大量出现，尤其是20世纪90年代以来，我国的乡镇私营小企业犹如雨后春笋般涌现出来，导致废水排放量逐年提高。然而对于废水的处理措施没有随着废水排放量的上涨而增加，大量的工业污水直接外排，如果不经过处理而流入河流中，会对水江河及湖泊等流域造成严重污染，导致鱼类及水生动物的大量死亡，降低水的使用价值，甚至直接影响人类的健康。就目前而言，我国的主要废水排放污染行业有电力、化工和造纸等行业，它们都是典型的污染大户，且排出的废水一般为多种混合废水，水量大，成分复杂，可生化性很差，再加国家对废水处理标准的不断提高，对废水中COD的去除也有很严格的要求，废水中的有机物质不论是在化学氧化过程中还是在生物氧化过程中都要消耗氧，废水中的有机物质愈多，则消耗的氧量也愈多，二者之间是呈正比例关系的，而COD能够综合性地反映水中所有机物的数量，因此被广泛用于水质检测分析上，成为水质监测的重要指标，也是环境监测水体的重要依据。因此，如何去除水中COD便成为了如今科研工作者的主要任务。

而日前，活性炭吸附是污水处理的方法之一，可去除一般生化处理和物化处理单元难以去除的污染物。吸附物的范围很广，不仅可以除臭、脱色、去除微量元素，而且还能吸附诸多类型的有机物，如：高分子烃类、卤代烃、氯化芳烃、酚类、苯类以及杀虫剂等。活性炭吸附工艺，以往多用于给水行业，很少用于大规模工业废水的处理，因为工业废水COD浓度高，活性炭饱和周期短，饱和炭必须实施现场再生，否则运行成本很高，失去使用价值。现如今，活性炭再生的工业生产已经成熟，但将活性炭用于大规模废水中COD的去除处理仍较少且活性炭的去除率远远不足以满足需求，导致此因素限制了活性炭吸附工艺在工业废水的应用，因此，提供一款COD高去除率的活性炭有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一款COD高去除率的活性炭，为此本发明提供一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺，加入了适量的硝酸铁溶液、硝酸铈溶液和硝酸铜溶液进行浸渍，浸渍完成后进行干燥和焙烧，使得椰壳活性炭内有更多的铁离子、铈离子和铜离子进入，而铁、铈和铜之间能产生协同作用，使得金属适量负载在椰壳活性炭上，进一步增加了活性炭中微孔和空隙的形成，使内表面增大，有利于增强废水中COD的去除处理效果；加入了合适浓度和量的氢氧化钠溶液进行浸渍再活化作用，从而大量造出微孔，有效提高了活性炭的比表面积，提供了更多的吸附点位，对于COD的去除效果显著提升。

本发明要解决的技术问题：如何提高COD的去除效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺，所述活性炭制备工艺包括如下步骤：

(1)预处理：将椰壳粉碎研磨，过筛，先用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，洗涤完成后烘干完全，得到椰壳粉，备用；将硝酸铁溶液、硝酸铈溶液和硝酸铜溶液按比例混合均匀，得到混合液，备用；

(2)制备初步产物：称取步骤(1)制得的椰壳粉，控制升温速率，进行炭化，炭化完成后冷却至室温，再加入氢氧化钠溶液，控温浸渍，保持该温度，再加入去离子水搅拌，搅拌完成后于氮气环境下控速升温活化，得到初步产物；

(3)制备活性炭：将步骤(2)制得的初步产物洗涤至中性并保持稳定，洗涤完成后烘干，再加入步骤(1)制得的混合液浸渍，浸渍完成后过滤，将过滤得到的过滤物控温干燥，干燥完成后进行焙烧，焙烧完成后冷却至室温，得到活性炭。

进一步地，步骤(1)中所述过筛为过10-25目筛，所述蒸馏水洗涤次数为2-3次，无水乙醇洗涤次数为3-5次。

进一步地，步骤(1)中所述烘干完全的温度为100-105℃。

进一步地，步骤(1)中所述硝酸铁溶液、硝酸铈溶液和硝酸铜溶液的体积比为0.4-1.2:0.6-2.1:2-3.2，所述硝酸铁溶液浓度为0.3mo l/L、硝酸铈溶液浓度为0.2mo l/L、硝酸铜溶液浓度为1mo l/L，铁离子、铈离子和铜离子之间能产生协同作用，使得金属适量负载在活性炭上，进一步增加了活性炭中微孔和空隙的形成，使内表面增大，有利于增强废水中COD的去除处理效果。

进一步地，步骤(2)中所述椰壳粉和氢氧化钠溶液用量比为15-23g:145-220mL，所述氢氧化钠溶液浓度为1mo l/L，在该浓度下制得的活性炭比表面积大，避免了由于浓度过高活化反应过于剧烈，部分微孔会因过度扩张导致坍塌从而形成中孔和大孔，使得比表面积变小的情况。

进一步地，步骤(2)中所述升温速率为30-35℃/mi n，所述炭化为升温至480-510℃、炭化50-60mi n。

进一步地，步骤(2)中所述控温浸渍的温度为80-85℃、浸渍时间为22-24h，所述去离子水的加入量为直至搅拌成泥浆状，所述控速升温活化为以30-35℃/mi n的升温速度升温至680-720℃活化1.5-2h。

进一步地，步骤(3)中所述烘干条件为于100-105℃的烘箱内烘干完全。

进一步地，步骤(3)中所述加入的混合液为初步产物重量的3-5倍，所述浸渍时间为12-14h。

进一步地，步骤(3)中所述干燥条件为于烘箱中控温100-110℃、干燥18-22h，所述焙烧为于350-450℃的马弗炉中焙烧3-4h。

本发明的有益效果：

(1)本发明加入了适量的硝酸铁溶液、硝酸铈溶液和硝酸铜溶液进行浸渍，浸渍完成后进行干燥和焙烧，使得椰壳活性炭内有更多的铁离子、铈离子和铜离子进入，而铁、铈和铜之间能产生协同作用，使得金属适量负载在椰壳活性炭上，进一步增加了活性炭中微孔和空隙的形成，使内表面增大，有利于增强废水中COD的去除处理效果。

(2)本发明加入了合适浓度和量的氢氧化钠溶液进行浸渍再活化作用，与前期炭化产物表面形成的含氧官能团发生反应，使接触更全面，反应越来越充分，从而大量造出微孔，有效提高了活性炭的比表面积，提供了更多的吸附点位，对于COD的去除效果显著提升。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺，所述活性炭制备工艺包括如下步骤：

(1)预处理：将椰壳粉碎研磨，过20目筛，先用蒸馏水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，洗涤完成后于100℃下烘干完全，得到椰壳粉，备用；将浓度为0.3mo l/L的硝酸铁溶液、浓度为0.2mo l/L的硝酸铈溶液和浓度为1mo l/L的硝酸铜溶液按体积比为0.4:2.1:2.6混合均匀，得到混合液，备用；

(2)制备初步产物：称取步骤(1)制得的椰壳粉23g，控制升温速率为33℃/mi n，升温至495℃炭化50mi n，炭化完成后冷却至室温，再加入1mo l/L的氢氧化钠溶液183mL，控温83℃浸渍23h，浸渍完成后保持该温度，再加入去离子水搅拌至泥浆状，搅拌完成后于氮气环境下以30℃/mi n的升温速度升温至700℃活化2h，得到初步产物；

(3)制备活性炭：将步骤(2)制得的初步产物用蒸馏水洗涤至中性并保持稳定，洗涤完成后于105℃的烘箱内烘干完全，再加入初步产物重量3倍步骤(1)制得的混合液浸渍13h，浸渍完成后过滤，将过滤得到的过滤物控温100℃干燥20h，干燥完成后于350℃的马弗炉中焙烧4h，焙烧完成后冷却至室温，得到活性炭。

实施例2

一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺，所述活性炭制备工艺包括如下步骤：

(1)预处理：将椰壳粉碎研磨，过20目筛，先用蒸馏水洗涤2次，再用无水乙醇洗涤4次，洗涤完成后于100℃下烘干完全，得到椰壳粉，备用；将浓度为0.3mo l/L的硝酸铁溶液、浓度为0.2mo l/L的硝酸铈溶液和浓度为1mo l/L的硝酸铜溶液按体积比为0.8:0.6:3.2混合均匀，得到混合液，备用；

(2)制备初步产物：称取步骤(1)制得的椰壳粉23g，控制升温速率为35℃/mi n，升温至480℃炭化55mi n，炭化完成后冷却至室温，再加入1mo l/L的氢氧化钠溶液220mL，控温80℃浸渍22h，浸渍完成后保持该温度，再加入去离子水搅拌至泥浆状，搅拌完成后于氮气环境下以35℃/mi n的升温速度升温至680℃活化2h，得到初步产物；

(3)制备活性炭：将步骤(2)制得的初步产物用蒸馏水洗涤至中性并保持稳定，洗涤完成后于105℃的烘箱内烘干完全，再加入初步产物重量4倍步骤(1)制得的混合液浸渍14h，浸渍完成后过滤，将过滤得到的过滤物控温110℃干燥18h，干燥完成后于400℃的马弗炉中焙烧4h，焙烧完成后冷却至室温，得到活性炭。

实施例3

一种以椰壳为原料的活性炭制备工艺，所述活性炭制备工艺包括如下步骤：

(1)预处理：将椰壳粉碎研磨，过20目筛，先用蒸馏水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤5次，洗涤完成后于105℃下烘干完全，得到椰壳粉，备用；将浓度为0.3mo l/L的硝酸铁溶液、浓度为0.2mo l/L的硝酸铈溶液和浓度为1mo l/L的硝酸铜溶液按体积比为1.2:1.4:2混合均匀，得到混合液，备用；

(2)制备初步产物：称取步骤(1)制得的椰壳粉19g，控制升温速率为30℃/mi n，升温至510℃炭化60mi n，炭化完成后冷却至室温，再加入1mo l/L的氢氧化钠溶液145mL，控温85℃浸渍24h，浸渍完成后保持该温度，再加入去离子水搅拌至泥浆状，搅拌完成后于氮气环境下以33℃/mi n的升温速度升温至720℃活化1.5h，得到初步产物；

(3)制备活性炭：将步骤(2)制得的初步产物用蒸馏水洗涤至中性并保持稳定，洗涤完成后于100℃的烘箱内烘干完全，再加入初步产物重量5倍步骤(1)制得的混合液浸渍12h，浸渍完成后过滤，将过滤得到的过滤物控温105℃干燥22h，干燥完成后于450℃的马弗炉中焙烧3h，焙烧完成后冷却至室温，得到活性炭。

对比例1-6

与实施例3相比，对比例1-6中，步骤(1)的硝酸铁溶液、硝酸铈溶液和硝酸铜溶液体积比如表1所示，其余制备步骤和参数均相同。

表1

对比例7

与实施例3相比，对比例7中步骤(2)的氢氧化钠溶液浓度为2mo l/L，其余制备步骤和参数均相同。

对比例8

与实施例3相比，对比例7的步骤(2)中加入1mo l/L的氢氧化钠溶液140mL，其余制备步骤和参数均相同。

对比例9

与实施例3相比，对比例7的步骤(2)中加入1mo l/L的氢氧化钠溶液225mL，其余制备步骤和参数均相同。

性能检测

(1)COD去除率：根据标准GB 11914-89，对实施例1-3和对比例1-9制得的活性炭对COD的去除率进行测定；

式中：COD

COD

其结果如表2所示。

(2)比表面积：采用型号为WBL-830的全自动比表面积及孔隙度分析仪对实施例1-3和对比例7-9制得的活性炭进行比表面积测试，其结果如表2所示。

表2

由表2可知，本发明制备的活性炭具有优异的COD去除性能和较大的比表面积。

本发明加入了适量的硝酸铁溶液、硝酸铈溶液和硝酸铜溶液进行浸渍，浸渍完成后进行干燥和焙烧，使得椰壳活性炭内有更多的铁离子、铈离子和铜离子进入，而铁、铈和铜之间能产生协同作用，使得金属适量负载在椰壳活性炭上，进一步增加了活性炭中微孔和空隙的形成，使内表面增大，有利于增强废水中COD的去除处理效果；

本发明加入了合适浓度和量的氢氧化钠溶液进行浸渍再活化作用，与前期炭化产物表面形成的含氧官能团发生反应，使接触更全面，反应越来越充分，从而大量造出微孔，有效提高了活性炭的比表面积，提供了更多的吸附点位，有利于对COD的去除；详细地，从对比例7可以看出，浓度过高的氢氧化钠溶液制得的活性炭比表面积小，由于浓度过高活化反应过于剧烈，部分微孔会因过度扩张导致坍塌从而形成中孔和大孔，使得比表面积变小；从对比例8可以看出，过少的氢氧化钠溶液使得炭化产物与氢氧化钠溶液的接触不充分，不利于产生微孔，比表面积自然小，而从对比例9可以看出，过多的氢氧化钠溶液虽然使其能不断造孔，但也可能伴随孔隙结构遭到破坏的穿孔现象，导致比表面积小。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。