公布日：2024.12.31
申请日：2024.09.03
分类号：C01B32/324(2017.01)I;C01B32/336(2017.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/34(2006.01)N;
C02F101/36(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种用于从废水中除四环素的生物活性炭及废水净化方法，该生物活性炭的制备更为安全、环保，对四环素具有优异的吸附性能。生物活性炭是由竹基生物炭经蒸汽热活化制备而成的竹基活性炭；比表面积SBET为1100‑1300m2/g，微孔比表面积Smicro为1080‑1200m2/g，外表面积Sext为60‑70m2/g，总孔容Vtotal为0.78‑1cm3/g，平均孔径Dave为2.7‑3.1nm；其傅里叶变换红外光谱FTIR分析结果显示，在3200‑3600cm‑1波数范围内出现吸收峰，对应于羟基的伸缩振动；对其进行光电子能谱XPS分析结果显示，π‑π*特征峰的相对含量为5.7‑7%。使竹基活性炭对四环素具有优异的吸附性能。
权利要求书
1.用于从废水中除四环素的生物活性炭，其特征在于：其是由竹基生物炭经蒸汽热活化制备而成的竹基活性炭；其比表面积SBET为1100-1300m2/g，微孔比表面积Smicro为1080-1200m2/g，外表面积Sext为60-70m2/g，总孔容Vtotal为0.78-1cm3/g，平均孔径Dave为2.7-3.1nm；其傅里叶变换红外光谱FTIR分析结果显示，在3200-3600cm-1波数范围内出现吸收峰，对应于羟基的伸缩振动；对其进行X射线光电子能谱XPS分析结果显示，π-π*特征峰的相对含量为5.7-7%。
2.如权利要求1所述的用于从废水中除四环素的生物活性炭，其特征在于：对其进行X射线光电子能谱XPS分析结果显示，C1s谱图中，C-C/C-H键的相对含量为70-75%，O-C-O键的相对含量为5-8%，C=O键的相对含量为6-8%，O1s谱图中，C=O键的相对含量为2-4%，C–O键的相对含量为3-5%。
3.如权利要求2所述的用于从废水中除四环素的生物活性炭，其特征在于：所述竹基生物炭制备过程中使用的竹子原料取自中国四川省宜宾市地区。
4.如权利要求2所述的用于从废水中除四环素的生物活性炭，其特征在于：所述竹基生物炭由以下方法制备而成：先将竹子洗净后干燥再研磨得到竹粉，然后将竹粉与焦油按照1:0.2-1:0.5的质量比混合，再在500-700℃的温度和0.05-0.2m3/h的氮气流速下碳化0.5-2小时，从而得到竹基生物炭。
5.如权利要求1所述的用于从废水中除四环素的生物活性炭，其特征在于：所述蒸汽热活化的过程为：将所述竹基生物炭在氮气和蒸汽混合流下，以3-7℃/min的升温速率加热至设定活化温度后保温1.5-3h，所述氮气的流速为0.05-0.2m3/h，所述蒸汽的流速为0.1-0.5kg/h，所述活化温度为650-750℃。
6.如权利要求5所述的用于从废水中除四环素的生物活性炭，其特征在于：所述活化温度为700℃。
7.废水净化方法，用于从经过预处理的废水中去除四环素，其特征在于：采用具有由吸附剂构成的固定床床层的固定床反应器进行废水净化处理，所述吸附剂由权利要求1-6中任意一项权利要求所述的用于从废水中除四环素的生物活性炭构成。
8.如权利要求7所述的废水净化方法，其特征在于：所述固定床反应器根据Log-Bohart-Adams模型设计。
9.如权利要求7所述的废水净化方法，其特征在于：当所述吸附剂对四环素的吸附饱和后，使用再生液对所述吸附剂进行原位洗涤再生；所述再生液采用乙醇和/或双氧水。
10.如权利要求7所述的废水净化方法，其特征在于：所述预处理能够使得所述废水的总溶解固体TDS不超过500mg/L，总有机碳TOC不超过5mg/L，控制pH在6.5-7.5范围内。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于从废水中除四环素的生物活性炭及废水净化方法，该生物活性炭的制备更为安全、环保，对四环素具有优异的吸附性能。
第一个方面，提供了一种用于从废水中除四环素的生物活性炭，是由竹基生物炭经蒸汽热活化制备而成的竹基活性炭；比表面积SBET为1100-1300m2/g，微孔比表面积Smicro为1080-1200m2/g，外表面积Sext为60-70m2/g，总孔容Vtotal为0.78-1cm3/g，平均孔径Dave为2.7-3.1nm；其傅里叶变换红外光谱FTIR分析结果显示，在3200-3600cm-1波数范围内出现吸收峰，对应于羟基的伸缩振动；对其进行光电子能谱XPS分析结果显示，π-π*特征峰的相对含量为5.7-7%。
第二个方面，提供了一种废水净化方法，用于从经过预处理的废水中去除四环素，采用具有由吸附剂构成的固定床床层的固定床反应器进行废水净化处理，所述吸附剂由第一个方面的用于从废水中除四环素的生物活性炭构成。
上述用于从废水中除四环素的生物活性炭是由竹基生物炭经蒸汽热活化制备而成，制备工艺更为安全、环保。
本发明所基于的研究发现：竹基活性炭对四环素的主要吸附机制为孔隙填充（四环素分子进入并占据竹基活性炭表面和内部的孔隙空间的过程）、π-π相互作用（两个或多个π系统，通常是芳香环，它们之间的非共价吸引力）和氢键作用（四环素分子中的某些官能团与竹基活性炭表面的含氧官能团之间形成的氢键）。本发明上述生物活性炭的技术方案所采取的技术手段分别对应上述三个吸附机制，能够使竹基活性炭对四环素具有优异的吸附性能。
（发明人：黄昆明;冯润芸;李江荣;王倩;张怀民）