本發(fā)明屬于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種改性活性炭、改性方法及其用途。

背景技術(shù)：

活性炭是一種具有多孔、比表面積較高的強(qiáng)吸附性顆粒物質(zhì)，它對(duì)氣體分子物質(zhì)和液體溶液中的小分子物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附作用；在活性炭氣體吸附過(guò)程中，氣體分子可以穿過(guò)活性炭的微孔結(jié)構(gòu)，部分氣體分子附著于活性炭的活性位點(diǎn)，滯留在活性位點(diǎn)上；活性炭活性位點(diǎn)被氣體分子占據(jù)后將失去吸附能力；每種氣體分子與活性炭活性位點(diǎn)的結(jié)合能力不同，根據(jù)分子結(jié)合能力不同，可實(shí)現(xiàn)活性炭對(duì)混合氣體的分離。

對(duì)活性炭改性可以提高活性炭活性位點(diǎn)數(shù)量、增大活性炭的孔徑，增強(qiáng)活性炭對(duì)硫化氫的吸附能力。目前對(duì)活性炭改性研究主要集中在酸改性、堿改性和鐵鹽改性等，少數(shù)研究了銅鹽對(duì)活性炭改性吸附低濃度硫化氫，主要針對(duì)活性炭對(duì)低濃度硫化氫的物理吸附作用，其對(duì)硫化氫的吸附量較小，不能適用于工業(yè)廢氣高濃度硫化氫的吸附。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有的改性活性炭不能吸附高濃度硫化氫的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種改性活性炭、改性方法及其用途，利用少量的銅鹽對(duì)活性炭改性，顯著提高了活性炭對(duì)硫化氫的吸附量；不僅解決活性炭對(duì)硫化氫的吸附量，還可以將其用于工業(yè)大量廢氣排放，解決環(huán)境污染問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是通過(guò)改性劑對(duì)活性炭改性來(lái)提高活性炭對(duì)沼氣中硫化氫吸附量的。

一種活性炭改性的方法，其特征在于，包括以下步驟，

(1)活性炭改性處理：將活性炭顆粒在105℃下干燥處理至恒重，冷卻至室溫后完全浸漬于飽和硫酸銅溶液改性，改性時(shí)間為1～3h，浸漬完畢后將銅鹽溶液過(guò)濾后，改性活性炭在105℃下干燥至恒重；

(2)載水處理：取改性處理的活性炭，將其放置于水蒸氣霧化環(huán)境中，進(jìn)行載水處理，使活性炭載水率為7％～15％。

優(yōu)選地，所述飽和銅鹽溶液為飽和硫酸銅溶液。

優(yōu)選地，所述活性炭顆粒的粒徑為0.5～1.0mm。

一種所述活性炭改性的方法獲得的改性活性炭，其特征在于，所述改性活性炭表面附載有硫酸銅及一層水膜，硫酸銅改性的活性炭表面的吸附微孔的孔徑為20nm左右，孔徑為20nm左右的吸附微孔的體積為2.51mL/g-_活性炭。

所述改性活性炭的用于吸附混合氣體中的硫化氫氣體。

優(yōu)選地，混合氣體中的硫化氫氣體濃度為500-750ppm。

優(yōu)選地，所述改性活性炭用于吸附沼氣中的硫化氫，首先將載水的改性活性炭填裝于的玻璃管中，玻璃管兩端用脫脂棉堵塞，制成改性活性炭柱；然后，將含有硫化氫的沼氣以50～150mL/min的速率通過(guò)改性活性炭柱進(jìn)行脫硫，直至尾氣中的硫化氫濃度為10ppm。

本發(fā)明利用改性技術(shù)通過(guò)銅鹽浸漬法減少大孔孔徑，提高活性炭吸附微孔的數(shù)量，尤其是孔徑為20nm左右微孔數(shù)量，使孔徑為20nm吸附微孔體積由1.55mL/g-_活性炭增大為2.51mL/g-_活性炭。即通過(guò)硫酸銅提高活性炭的活性位點(diǎn)數(shù)和孔結(jié)構(gòu)的通透性；微量水的負(fù)載可提高活性炭對(duì)硫化氫的捕捉能力。

改性活性炭脫除硫化氫的機(jī)理在于：(1)改性活性炭負(fù)載的微量水膜可以捕捉沼氣中的硫化氫分子；(2)硫酸銅在活性炭載水的條件下與硫化氫反應(yīng)；(3)活性炭活性位點(diǎn)數(shù)量增大和微孔數(shù)量的增大可以提高硫化氫氣體在活性炭中的吸附容量，提高吸附效率。本發(fā)明通過(guò)活性炭改性，將活性炭的吸附量提高至60.48mg/g_活性炭，與未改性活性炭的吸附量0.92mg/g_活性炭相比，改性活性炭對(duì)硫化氫的吸附量提高了65倍。

活性炭改性是一種提高活性炭對(duì)硫化氫吸附量的有效的方法，因其操作簡(jiǎn)單、使用安全、改性快速等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)在工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中得到廣泛的推廣。

附圖說(shuō)明

圖1未改性的活性炭的孔徑分布圖。

圖2用水浸泡2h后的活性炭的孔徑分布圖。

圖3本發(fā)明所述改性方法改性處理得到的活性炭的孔徑分布圖。

圖4未改性活性炭表面微觀(guān)結(jié)構(gòu)。

圖5本發(fā)明所述改性方法改性處理得到的活性炭表面微觀(guān)結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的活性炭改性的方法，主要是通過(guò)將活性炭顆粒在105℃下干燥處理至恒重，冷卻至室溫后完全浸漬于飽和銅鹽溶液中改性，例如硫酸銅溶液，改性時(shí)間為1～3h，浸漬完畢后將銅鹽溶液過(guò)濾后，改性活性炭在105℃下干燥至恒重；然后取改性處理的活性炭，將其放置于水蒸氣霧化環(huán)境中，進(jìn)行載水處理，使活性炭載水率為7％～15％。

經(jīng)過(guò)所述活性炭改性的方法獲得的改性活性炭，表面附載有硫酸銅及一層水膜，硫酸銅改性的活性炭表面的吸附微孔的孔徑為20nm左右，孔徑為20nm左右的吸附微孔的體積為2.51mL/g-_活性炭。減少活性炭表面的大孔孔徑，提高活性炭吸附微孔的數(shù)量，尤其是孔徑為20nm左右微孔數(shù)量，使孔徑為20nm吸附微孔體積由1.55mL/g-_活性炭增大為2.51mL/g-_活性炭。即通過(guò)硫酸銅提高活性炭的活性位點(diǎn)數(shù)和孔結(jié)構(gòu)的通透性；微量水的負(fù)載可提高活性炭對(duì)硫化氫的捕捉能力。

改性活性炭負(fù)載的微量水膜可以捕捉沼氣中的硫化氫分子；硫酸銅在活性炭載水的條件下與硫化氫反應(yīng)；活性炭活性位點(diǎn)數(shù)量增大和微孔數(shù)量的增大可以提高硫化氫氣體在活性炭中的吸附容量，提高吸附效率。本發(fā)明通過(guò)活性炭改性，將活性炭的吸附量提高至60.48mg/g_活性炭，與未改性活性炭的吸附量0.92mg/g_活性炭相比，改性活性炭對(duì)硫化氫的吸附量提高了65倍。因此可用于吸附硫化氫氣體濃度為500-750ppm的混合氣體中的硫化氫氣體。

實(shí)施例1：

(1)活性炭改性處理：取粒徑為0.5～1.0mm的活性炭2g，在105℃下干燥處理至恒重，冷卻至室溫后完全浸漬于飽和硫酸銅溶液改性，改性時(shí)間為1h，浸漬完畢后再次在105℃下干燥至恒重。

(2)改性活性炭載水處理：取改性處理的活性炭2g，對(duì)其進(jìn)行水蒸氣霧化處理，使活性炭載水率為7％。

(3)改性活性炭柱制備：將載水的改性活性炭填裝于20cm長(zhǎng)、管徑為6mm*9mm的玻璃管中，制備改性活性炭柱，柱子兩端用脫脂棉堵塞。

(4)改性活性炭脫硫：將含有硫化氫濃度為500-750ppm的沼氣以50mL/min的速率通過(guò)改性活性炭柱進(jìn)行脫硫，直至尾氣中的硫化氫濃度為10ppm。

(5)計(jì)算得出活性炭對(duì)硫化氫的吸附量為50.23mg/g_活性炭。

通過(guò)測(cè)試原活性炭、水浸漬的活性炭和飽和硫酸銅溶液改性活性炭的孔容積，如圖1、圖2、圖3所示，飽和硫酸銅改性能夠顯著提高活性炭的微孔容積。根據(jù)圖1與圖2結(jié)果計(jì)算，水浸漬后的活性炭在20nm處的微孔孔容積由1.74mL/g-_活性炭增大為2.00mL/g-_活性炭，根據(jù)圖3結(jié)果計(jì)算，飽和硫酸銅溶液改性的活性炭在20nm處的微孔孔容積由1.74mL/g-_活性炭增大為2.63mL/g-_活性炭，這說(shuō)明改性劑可顯著提高活性炭在20nm處的微孔容積，增大了活性炭對(duì)硫化氫的吸附容量。根據(jù)圖4和圖5中活性炭表觀(guān)結(jié)構(gòu)看出，未改性的活性炭微孔處于封堵?tīng)顟B(tài)，不利用硫化氫氣體通過(guò)；而改性后的活性炭微孔處于舒張狀態(tài)，如圖5所示，有利于硫化氫氣體通過(guò)微孔達(dá)到活性炭?jī)?nèi)部，這說(shuō)明改性劑提高了活性炭的通透性和孔隙率，有利于活性炭對(duì)硫化氫吸附。

實(shí)施例2：

(1)活性炭改性處理：取粒徑為0.5～1.0mm的活性炭2g，在105℃下干燥處理至恒重，冷卻至室溫后完全浸漬于飽和硫酸銅溶液改性，改性時(shí)間為2h，浸漬完畢后再次在105℃下干燥至恒重。

(2)改性活性炭載水處理：取改性處理的活性炭2g，對(duì)其進(jìn)行水蒸氣霧化處理，使活性炭載水率為10％。

(3)改性活性炭柱制備：將載水的改性活性炭填裝于20cm長(zhǎng)、管徑為6mm*9mm的玻璃管中，制備改性活性炭柱，柱子兩端用脫脂棉堵塞。

(4)改性活性炭脫硫：將含有硫化氫濃度為500-750ppm的沼氣以100mL/min的速率通過(guò)改性活性炭柱進(jìn)行脫硫，直至尾氣中的硫化氫濃度為10ppm。

(5)計(jì)算得出活性炭對(duì)硫化氫的吸附量為60.48mg/g_活性炭。

實(shí)施例3：

(1)活性炭改性處理：取粒徑為0.5～1.0mm的活性炭2g，在105℃下干燥處理至恒重，冷卻至室溫后完全浸漬于飽和硫酸銅溶液改性，改性時(shí)間為3h，浸漬完畢后再次在105℃下干燥至恒重。

(2)改性活性炭載水處理：取改性處理的活性炭2g，對(duì)其進(jìn)行水蒸氣霧化處理，使活性炭載水率為15％。

(3)改性活性炭柱制備：將載水的改性活性炭填裝于20cm長(zhǎng)、管徑為6mm*9mm的玻璃管中，制備改性活性炭柱，柱子兩端用脫脂棉堵塞。

(4)改性活性炭脫硫：將含有硫化氫濃度為500-750ppm的沼氣以150mL/min的速率通過(guò)改性活性炭柱進(jìn)行脫硫，直至尾氣中的硫化氫濃度為10ppm。

(5)計(jì)算得出活性炭對(duì)硫化氫的吸附量為57.32mg/g_活性炭。

實(shí)施例4：

(1)活性炭改性處理：取粒徑為0.5～1.0mm的活性炭2g，在105℃下干燥處理至恒重，冷卻至室溫后完全浸漬于飽和硫酸銅溶液改性，改性時(shí)間為2h，浸漬完畢后再次在105℃下干燥至恒重。

(2)改性活性炭載水處理：取改性處理的活性炭2g，對(duì)其進(jìn)行水蒸氣霧化處理，使活性炭載水率為15％。

(3)改性活性炭柱制備：將載水的改性活性炭填裝于20cm長(zhǎng)、管徑為6mm*9mm的玻璃管中，制備改性活性炭柱，柱子兩端用脫脂棉堵塞。

(4)改性活性炭脫硫：將含有硫化氫濃度為500-750ppm的沼氣以100mL/min的速率通過(guò)改性活性炭柱進(jìn)行脫硫，直至尾氣中的硫化氫濃度為10ppm。

(5)計(jì)算得出活性炭對(duì)硫化氫的吸附量為55.27mg/g_活性炭。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。